Родился 12 июля (24 июля н.с.) в Саратове в семье священника. Учился дома под руководством отца, многосторонне образованного человека. Четырнадцати лет (1842) поступил в Саратовскую духовную семинарию, время пребывания в которой использовал в основном для самообразования: изучал языки, историю, географию, теорию словесности, русскую грамматику. Не закончив семинарию, в 1846 поступил в Петербургский университет на отделение общей словесности философского факультета.
За годы учебы в университете (1846 - 50) были выработаны основы мировоззрения, сложилось убеждение в необходимости революции в России. Чернышевский сознательно готовил себя к революционной деятельности: "... я стал по убеждениям в конечной цели человечества решительно партизаном социалистов и коммунистов и крайних республиканцев..." В университете делает первые попытки писать художественные произведения. После окончания университета и кратковременной работы в качестве преподавателя в кадетском корпусе получает назначение в Саратовскую гимназию и весной 1851 приступает к работе. "Я делаю здесь такие вещи, которые пахнут каторгой...", - пишет он в 1853 году. На занятиях он внушает молодежи мысли о необходимости отмены крепостного права, введения политических свобод и др.
В Саратове женится на дочери Васильева, Ольге Сократовне, в лице которой нашел единомышленницу.
В 1853 переезжает в Петербург, сначала сотрудничает в "Отечественных записках", но переходит в журнал "Современник", познакомившись с Н. Некрасовым, который оценил революционные взгляды молодого критика и его широкую образованность. Одна за другой появляются в журнале его критические статьи. Параллельно с работой Чернышевский готовится к защите магической диссертации "Эстетические отношения искусства к действительности", которая в среде университетских чиновников была воспринята как революционное выступление. Либеральные идеологи выступили в журналах с критикой материалистической эстетики Чернышевского. Диссертация была утверждена только через три с половиной года.
В начале 1860-х общественная борьба в России обострилась. Чернышевский возглавил борьбу революционной демократии за подлинное освобождение народа. Объясняя грабительскую сущность реформы 1861, он утверждал, что только крестьянская революция может принести народу политические права и экономическое освобождение. Ближайшим его соратником стал Добролюбов, которого Чернышевский в 1856 привлек в "Современник", передав ему в дальнейшем руководство отделом критики, а сам сосредоточился на политической, экономической и философской темах.
Прекрасный конспиратор, он тщательно скрывал свою связь с революционными кружками. Однако он был слишком опасным врагом самодержавия, чтобы достаточным предлогом для ареста послужила переписка Герцена в одном письме Серно-Соловьевичу (единомышленнику Чернышевского) о готовности вместе с Чернышевским издавать "Современник" за границей.
7 июля 1862 был арестован и заключен в Петропавловскую крепость. Следствие продолжалось около полутора лет. В виде протеста против незаконных действий следствия провел девятидневную голодовку. Вместе с тем продолжал работать в тюрьме: в каземате крепости написал роман "Что делать?" (1863), повесть "Алферьев" (не закончена), ряд мелких рассказов (1864), сделал переводы нескольких исторических и литературных трудов.
19 мая состоялась церемония "гражданской казни" Чернышевского, целью которой было унизить его, предать публичному позору, но "казнь" превратилась в демонстрацию любви и преданности революционно настроенной молодежи своему учителю. Под конвоем он был отправлен в Сибирь. Каторгу отбывал в Кадаинском руднике и Александровском заводе, затем переведен в Вилюйск. В Сибири написал роман "Пролог".
Только в 1883 Александр III после неоднократных обращений ряда организаций и известных деятелей культуры разрешил его переезд в Астрахань. Резкая перемена климата сказалась на его здоровье, но он работает, появляются его статьи и переводы.
В 1889 Чернышевскому было разрешено вернуться в родной Саратов. Через пять месяцев после возвращения 17 октября (29 н.с.) 1889 Чернышевский скончался.