Ray Bradbury est né à Waukegan (Illinois, É.-U.) d'une mère immigrante suédoise et d'un père technicien de ligne à haute tension; son grand père et son arrière grand père paternel étaient éditeurs de journaux. Bradbury lut et écrivit durant toute sa jeunesse, passant beaucoup de temps à la bibliothèque de Waukegan. Ses nouvelles Dandelion Wine (le vin de l'été), Something wicked this way comes (La foire des ténèbres) et Farewell Summer dépeignent d'ailleurs cette ville de Waukegan comme "la Ville Verte" et sont en partie auto-biographiques. Il attribue son habitude d'écrire quotidiennement au jour où en 1932 un amuseur de foire, Mr.Electro, l'a touché avec une lame électrifiée, faisant se dresser ses cheveux sur la tête, en criant "Vis pour toujours !". La famille Bradbury a vécu à Tucson en Arizona en 1926-27 et 1932-33, mais comme le père continuait son travail, ils retournèrent à Waukegan et s'installèrent finalement à Los Angeles en 1934. Ray avait alors treize ans.

Ray Bradbury obtint son diplôme au lycée de Los Angeles en 1938 mais choisit de ne pas aller à l'université. Au lieu de cela, il vendit des journaux au coin de South Norton Avenue et Olympic Boulevard. Il continua cependant à se cultiver à la bibliothèque locale et, influencé par les héros de science-fiction tel que Flash Gordon et Buck Rogers, il commença à écrire des nouvelles de science-fiction. Ces dernières furent publiées dans des fanzines dès 1938. Sa première publication rémunérée - il gagna 15$ - fut pour le pulp magazine Super Science Stories en 1941, sur la recommandation de Robert A. Heinlein, rencontré à la Société de Science Fantasy de Los Angeles (LASF). Il devint écrivain à temps plein à la fin de l'année 1942. Son premier livre, Dark Carnival, une collection de courts récits, fut publié en 1947 par Arkham House. Il s'est marié en 1947 avec Marguerite McClure (1922–2003) ; le couple aura quatre filles.

Développant des thèmes volontiers anti-scientifiques, Bradbury s'est attiré les éloges d'une critique et d'un public non spécialisés, sensibles à ses visions nostalgiques et à sa prose accessible. Ray Bradbury a beaucoup écrit sur la survie spirituelle de l'humanité s'opposant au matérialisme de la société. Bien qu'il ait souvent été présenté comme un écrivain de science-fiction, Bradbury lui même ne s'est jamais enfermé dans un type de narration :

« Avant tout, je n'écris pas de science-fiction. J'ai écrit seulement un livre de science-fiction et c'est Fahrenheit 451, basé sur la réalité. La science-fiction est une description de la réalité. Le Fantastique est une description de l'irréel. Donc les Chroniques martiennes ne sont pas de la science-fiction, c'est du fantastique. »

Star internationale, il a même une plaque sur Hollywood Boulevard.