1957년 미국 일리노이주 에번스턴에서 고등학교 교사의 아들로 태어났다. 10대에 접어들 무렵 아버지를 따라 태국 방콕으로 가서 음악과 독서에 심취해 지낸다. 다시 미국으로 돌아온 뒤 일리노이대학 물리학과에 입학하지만, 이듬해 영문과로 전과해 석사 학위까지 받는다. 영문학 석사 과정을 마친 뒤에는 1980년 보스턴에서 컴퓨터 프로그래머와 프리랜스 데이터 프로세서로 근무한다. 그때 보스턴 미술관에서 전시 중이던 독일 사진가 아우구스트 잔더의 〈젊은 농부들〉을 보고 영감을 받아 작가가 되기로 결심한다. 1985년 첫 소설 『춤 추러 가는 세 명의 농부』를 출간한 이후, 1988년에 게임 이론인 죄수의 딜레마를 다룬 소설 『죄수의 딜레마』를 출간한다. 1991년에는 『골드 버그 변주』를 발표해 과학과 음악과 문학의 접목을 한 차원 높였다는 평을 듣는다. 1995년에 발표한 『갈라테아 2.2』는 컴퓨터에 말을 가르쳐 인간처럼 의사소통이 가능하게 되는 과정을 성장기처럼 그려내 인간과 인공 지능의 미래를 상상하게 만든다. 이후 유대인 물리학자와 흑인 여성의 사랑 이야기를 담은 『우리 노래의 시간』, 전미 문학상을 안겨준 『에코 메이커』, 아방가르드 작곡가이자 집에서 유전학 실험을 하는 인물이 등장하는 『오르페오』를 출간한다. 2018년에 인간과 숲에 관해서 쓴 『오버스토리』를 발표해 평단과 언론의 극찬을 받았으며, 이 작품으로 2019년에 퓰리처상을 받는다. 2010년 미국문예원 회원으로 선출되었으며, 현재 그레이트스모키산맥 기슭에 살며 일리노이대와 스탠퍼드대에서 영문학을 강의하고 있다.