1935年1月31日生於日本四國愛媛縣喜多郡大瀨村。3歲時喪父，在大瀨讀完小學、初中，1950年考進愛媛縣立內子高中，後轉松山東高中就讀，因而結識摯友伊丹十三。就學期間嗜讀大量西洋名著與日本古典文學作品。1954年為向法國文學研究者渡邊一夫學習，進入東京大學法國文學系就讀並開始寫作，陸續在校園刊物跟報章發表〈火山〉、〈奇妙的工作〉等作品；1957年的小說〈死者的傲氣〉，進入芥川賞候選名單，並為川端康成讚賞。隔年即以存在主義為形式、呈現社會與個人關係的作品《飼養》獲芥川賞，同時間自東京大學畢業，論文題目為〈沙特小說裡的意象〉。1970年，將文化人類學的理念引進小說創作的《個人的體驗》獲第11屆新潮文學獎，也將其推向國際作家的位置。

1960年，大江健三郎與伊丹十三之妹由里佳結婚。1963年，患有先天性腦疾的長子光出生，同年出版考察廣島核爆事件的《廣島札記》一書，對「生」與「死」有了全然不同的看法；從四國的森林為基地，大江關心的是人類群體的共同課題，認為「倘若連成年人都不相信未來是美好的，卻硬要孩子們相信明天會更好，乃不負責任的態度」；以民主主義為態度，文學創作與參與、研究社會活動為其一生最重要的志業。1967年，以農民武裝抗暴事件為體的小說《萬延元年的足球隊》獲第3屆谷崎潤一郎獎。1994年，因作品中「存在著超越語言與文化的契機、嶄新的見解，開闢了二次世界大戰後日本文學的新道路」獲諾貝爾文學獎；大江健三郎於領獎時發表「我身於曖昧的日本」得獎辭，他也是繼1968年的川端康成後、第二位獲獎的日本作家。
2004年，參與加藤周一發起的「九條會」，致力於保護戰後成立的日本憲法，尤其針對主張「永久放棄武力與戰爭」的憲法第九條共同發出聲明，引發後續自主性的市民運動。2008年3月，因1970年寫就的作品《沖繩札記》揭發渡嘉敷島七百餘民眾在當時日方駐軍命令下被迫集體自殺一事，引起右翼團體發動「大江健三郎．岩波書店沖繩戰審判案」，受理的大阪地方法院駁回原告控訴。同年10月，大阪高等法院駁回原告上訴，一、二審大江健三郎與出版《沖繩札記》的岩波書店均宣告無罪。

2009年10月，大江健三郎首度訪台，出席「國際視野中的大江健三郎」研討會。同時由聯經出版《沖繩札記》以及最新長篇小說《優美的安娜貝爾．李　寒徹顫慄早逝去》中譯本。2012年4月，生涯集大成作品《水死》中文版出版。