Родился 12 декабря 1928 г. в посёлке Шекер Таласской области Киргизской ССР в семье учительницы и партийного работника. Отец был репрессирован в 1937 г. Огромное влияние на мальчика оказала бабушка, жившая в горном аиле. Здесь Чингиз проводил все летние месяцы. Он слушал народные песни и сказки, участвовал в кочевых празднествах.
В 1948 г. Айтматов окончил ветеринарный техникум, а в 1953 г. — сельскохозяйственный институт. Три года работал зоотехником. Тогда же в местных газетах и журналах появились его первые литературные опыты. В 1956 г. он поступил на Высшие литературные курсы в Москве. Вернувшись на родину, редактировал журнал «Литературный Киргизстан», работал корреспондентом газеты «Правда» в Киргизии. В 1958 г. в «Новом мире» была опубликована повесть «Джамиля» о «незаконной» любви замужней киргизской женщины, написанная от лица подростка. Уже на следующий год её перевёл на французский язык известный писатель Луи Арагон. К Айтматову пришла международная известность.
В 1963 г. за книгу «Повести гор и степей» (кроме «Джамили» в неё вошли «Первый учитель», «Верблюжий глаз» и «Тополёк мой в красной косынке») Айтматов получил Ленинскую премию. Главная черта этих произведений — сочетание нравственной, философской проблематики с поэтикой традиционного Востока. Фольклорные и мифологические мотивы играют решающую роль и в повести «Прощай, Гульсары!» (1965—1966 гг.).
Особенно они сильны в повести-притче «Белый пароход» (1970 г.): трагическая история семилетнего мальчика разворачивается параллельно со сказанием о Рогатой матери-оленихе — хранительнице рода, обожествлённом воплощении доброты. В повести «Пегий пёс, бегущий краем моря» (1977 г.) писатель перенёс действие в мифические древние времена на берега Охотского моря. Проникнутые верой в высшие силы, рыбаки в бурю жертвуют собой ради спасения ребёнка.
Главная айтматовская тема — судьба отдельного человека как представителя всего человеческого рода — обрела новое измерение в романах «И дольше века длится день» («Буранный полустанок», 1980 г.) и «Плаха» (1986 г.). В первом — описание реальной жизни Средней Азии соединяется уже не только с мифами, но и с фантастикой (речь идёт о межпланетных контактах).
В «Плахе», затрагивающей острейшие проблемы конца XX в. (гибель природной среды, наркомания), автор обращается к поискам Бога. Вставная библейская сцена (разговор Иисуса с Пилатом) вызвала лавину споров — писателя обвинили в подражании М. А. Булгакову и в «эксплуатации высокой темы».
Однако большинство читателей и критиков по достоинству оценили пафос произведения. В 1994 г. вышел роман-предупреждение «Тавро Кассандры». Его герой — русский космонавт- исследователь. Открытые им «зондаж-лучи» позволили выявить нежелание человеческих зародышей увидеть свет, чтобы не участвовать в дальнейшей «мистерии Мирового Зла».
В 70—80-х гг. Айтматов активно участвовал в общественно-политической жизни страны: был секретарём Союза писателей СССР и Союза кинематографистов СССР, депутатом Верховного Совета СССР; после перестройки входил в Президентский совет, возглавлял журнал «Иностранная литература». С 1990 г. находился на дипломатической работе.
Умер 10 июня 2008 года в больнице немецкого города Нюрнберг в клинике, где находился на лечении. Похоронен 14 июня в историко-мемориальном комплексе «Ата-Бейит» в пригороде Бишкека.
