Estudià als jesuïtes de Sarrià i començà a treballar com a professional publicitari abans de dedicar-se a la literatura de creació. El 1993 es traslladà a Los Angeles (Califòrnia), on fixà la residència. Començà amb novel·les per a joves, com El príncipe de la niebla (1993, premi Edebé), El palacio de la medianoche (1994), Las luces de septiembre (1995), novel·les que formen la Trilogía de la niebla, i Marina (1999). El 2001, la publicació de La sombra del viento, el revelà com un fenomen d’èxit internacional i la novel·la es convertí en un best-seller arreu del món, i rebé diversos premis, entre d’altres el de la Fundación José Manuel Lara Hernández el 2004 i al millor llibre estranger a França el 2004. La novel·la, dins del gènere d’intriga, és ambientada a la Barcelona de la postguerra, com també les posteriors El juego del ángel (2008), El prisionero del cielo (2011) i El laberinto de los espíritus (2016), que formen part de la tetralogia El cementerio de los libros olvidados; totes obtingueren també un èxit molt considerable.
El novembre del 2020 es publicà pòstumament La ciudad de vapor, un recull els onze contes de l’autor (Blanca y el adiós, Sin nombre, Una señorita de Barcelona, Rosa de fuego, El príncipe de Parnaso, Leyenda de Navidad, Alicia, al alba, Hombres de gris, La mujer de vapor, Gaudí en Manhattan i Apocalipsis en dos minutos).