Сергей Довлатов родился 3 сентября 1941 года в Уфе, в семье театрального режиссёра, еврея по происхождению Доната Исааковича Мечика (1909—1995) и литературного корректора Норы Сергеевны Довлатовой (1908—1999), армянки по происхождению.

С 1944 года жил в Ленинграде. В 1959 году поступил на отделение финского языка филологического факультета Ленинградского государственного университета и учился там два с половиной года. Общался с ленинградскими поэтами Евгением Рейном, Анатолием Найманом, Иосифом Бродским и писателем Сергеем Вольфом («Невидимая книга»), художником Александром Неждановым. Из университета был исключён за неуспеваемость.

Затем три года армейской службы во внутренних войсках, охрана исправительных колоний в Республике Коми (посёлок Чиньяворык). По воспоминаниям Бродского, Довлатов вернулся из армии «как Толстой из Крыма, со свитком рассказов и некоторой ошеломлённостью во взгляде».

Довлатов поступил на факультет журналистики ЛГУ, работал в студенческой многотиражке Ленинградского кораблестроительного института «За кадры верфям», писал рассказы.

Был приглашён в группу «Горожане», основанную Марамзиным, Ефимовым, Вахтиным и Губиным. Работал литературным секретарём Веры Пановой.

С сентября 1972 до марта 1975 года жил в Эстонии. Для получения таллинской прописки около двух месяцев работал кочегаром в котельной, одновременно являясь внештатным корреспондентом газеты «Советская Эстония». Позже был принят на работу в выпускавшуюся Эстонским морским пароходством еженедельную газету «Моряк Эстонии», занимая должность ответственного секретаря. Являлся внештатным сотрудником городской газеты «Вечерний Таллин». Летом 1972 года принят на работу в отдел информации газеты «Советская Эстония». В своих рассказах, вошедших в книгу «Компромисс», Довлатов описывает истории из своей журналистской практики в качестве корреспондента «Советской Эстонии», а также рассказывает о работе редакции и жизни своих коллег-журналистов. Набор его первой книги «Пять углов» в издательстве «Ээсти Раамат» был уничтожен по указанию КГБ Эстонской ССР.

Работал экскурсоводом в Пушкинском заповеднике под Псковом (Михайловское).

В 1975 году вернулся в Ленинград. Работал в журнале «Костёр».

Писал прозу. Журналы отвергали его произведения. Рассказ на производственную тему «Интервью» был опубликован в 1974 году в журнале «Юность».

Довлатов публиковался в самиздате, а также в эмигрантских журналах «Континент», «Время и мы».

В 1978 году из-за преследования властей Довлатов эмигрировал из СССР, поселился в Нью-Йорке, где стал главным редактором еженедельной газеты «Новый американец». Членами его редколлегии были Борис Меттер; Александр Генис; Пётр Вайль; Нина Аловерт — балетный и театральный фотограф, автор множества фотографий С. Довлатова; Григорий Рыскин — поэт и эссеист, и другие. Газета быстро завоевала популярность в эмигрантской среде. Одна за другой выходили книги его прозы. К середине 1980-х годов добился большого читательского успеха, печатался в престижных журналах «Партизан Ревью» и «The New Yorker».

За двенадцать лет эмиграции издал двенадцать книг в США и Европе. В СССР писателя знали по самиздату и авторской передаче на Радио «Свобода».

Сергей Довлатов умер 24 августа 1990 года в Нью-Йорке от сердечной недостаточности. Похоронен в армянской части еврейского кладбища «Маунт Хеброн» (Mount Hebron) в нью-йоркском районе Квинс.