Будущий поэт родился в Москве. Его отец Леонид Осипович был художником, а мать Розалия Исидоровна — пианисткой. Семья дружила с известными художниками, бывали в доме музыканты и писатели.
В 1900 году Бориса не взяли в гимназию из-за процентной нормы, но по предложению директора на следующий год он поступил сразу во второй класс. Пастернак окончил гимназию с золотой медалью и всеми высшими баллами, кроме закона Божьего, от которого был освобождён из-за еврейского происхождения. В 1908 году он поступил на юридический факультет Московского университета, а на следующий год перевелся на философское отделение историко-филологического факультета.
В 1910-х Пастернак начинает входить в круги московских литераторов. Его первые стихи были опубликованы в 1913 году (коллективный сборник группы «Лирика»), первая книга — «Близнец в тучах» — в конце того же года.
В 1920-е годы созданы также сборник «Темы и вариации» (1923), роман в стихах «Спекторский» (1925), цикл «Высокая болезнь», поэмы «Девятьсот пятый год» и «Лейтенант Шмидт». В 1928 году Пастернак обращается к прозе.
В 1922 году Пастернак женится на художнице Евгении Лурье, у них родился сын Евгений. Пара развелась в 1932 году, поэт женился на Зинаиде Нейгауз. У них родился сын Леонид.
На конец 1920-х — начало 1930-х годов приходится короткий период официального советского признания творчества Пастернака. Он принимает активное участие в деятельности Союза писателей СССР и в 1934 году выступает с речью на его первом съезде.
В 1935 году Пастернак участвует в работе проходящего в Париже Международного конгресса писателей в защиту мира, где с ним случается нервный срыв (последняя его поездка за границу). Белорусский писатель Якуб Колас в своих мемуарах вспоминал жалобы Пастернака на нервы и бессонницу.
К концу 1930-х годов он обращается к прозе и переводам, которые в 1940-х становятся основным источником его заработка. В тот период Пастернаком создаются ставшие классическими переводы многих трагедий Шекспирa, «Фауста» Гёте, «Марии Стюарт» Шиллера.
В 1935 году Пастернак заступился за мужа и сына Анны Ахматовой, освобожденных из тюрем после писем Сталину Пастернака и Ахматовой. В декабре 1935 года Пастернак шлет в подарок Сталину книгу переводов Грузинские лирики и в сопроводительном письме благодарит за «чудное молниеносное освобождение родных Ахматовой».
В 1945 году Пастернак начал работу над романом «Доктор Живаго». Роман был резко негативно встречен властями и официальной советской литературной средой, запрещен к печати из-за неоднозначного отношения автора к Октябрьской революции и последующим изменениям в жизни страны.
Книга вышла в свет сначала в Италии в 1957 году в издательстве Фельтринелли, а потом в Голландии и Великобритании. ЦРУ организовало распространение произведения среди советских туристов на Всемирной выставке 1958 года в Брюсселе и на фестивале молодёжи и студентов в Вене.
Последняя любовь Пастернака — Ольга Ивинская. Они сошлись в 1948 году. После смерти Бориса Леонидовича она по надуманному обвинению провела в заключении 4 года.
Ежегодно с 1946 по 1950 год и в 1957 году Пастернак выдвигался на соискание Нобелевской премии по литературе. В 1958 году его кандидатура была предложена прошлогодним лауреатом Альбером Камю, и 23 октября Пастернак стал вторым писателем из России (после Ивана Бунина), удостоенным этой награды.
Присуждение премии воспринималось советской пропагандой как повод для травли поэта. 27 октября 1958 года Пастернак был исключён из Союза писателей СССР. Под давлением Пастернак отказался от Нобелевской премии.
Летом 1959 года Пастернак начал работу над оставшейся незавершённой пьесой «Слепая красавица», но обнаруженный вскоре рак лёгких в последние месяцы жизни приковал его к постели. Пастернак умер от рака лёгкого 30 мая 1960 года в Переделкине.
Летом 1988 года был выписан диплом Нобелевской премии Пастернака и послан в Москву наследникам через его младшего друга, поэта Андрея Вознесенского, приезжавшего в Стокгольм. 9 декабря 1989 года медаль Нобелевского лауреата была вручена в Стокгольме сыну поэта — Евгению Пастернаку.