Paul Ehrlich urodził się 14 marca 1854 roku w Strehlen, na Górnym Śląsku*, w Niemczech. Był synem Ismara Ehrlicha i jego żony Rosy Weigert, której bratankiem był wielki bakteriolog Karl Weigert.
Ehrlich kształcił się w gimnazjum we Wrocławiu, a następnie na uniwersytetach we Wrocławiu, Strassburgu, Fryburgu Bryzgowijskim i Lipsku. W 1878 r. uzyskał tytuł doktora medycyny dzięki rozprawie na temat teorii i praktyki barwienia tkanek zwierzęcych. Praca ta była jednym z wyników jego wielkiego zainteresowania barwnikami anilinowymi odkrytymi przez W. H. Perkina w 1853 r.
W 1878 r. został mianowany asystentem profesora Frerichsa w berlińskiej klinice medycznej, który zapewnił mu wszelkie ułatwienia w kontynuowaniu pracy z tymi barwnikami i barwieniem nimi tkanek. Ehrlich wykazał, że wszystkie stosowane barwniki można sklasyfikować jako zasadowe, kwasowe lub obojętne, a jego praca nad barwieniem granulek w komórkach krwi położyła podwaliny pod przyszłą pracę nad hematologią i barwieniem tkanek.
W 1882 roku Ehrlich opublikował swoją metodę barwienia prątka gruźlicy, którą odkrył Koch, a metoda ta była podstawą późniejszych modyfikacji wprowadzonych przez Ziehla i Neelsona, które są stosowane do dziś. Z niej wywodzi się również metoda barwienia bakterii metodą Grama, tak bardzo używana przez współczesnych bakteriologów.
W 1882 roku Ehrlich został profesorem tytularnym, a w 1887 roku zakwalifikował się, w wyniku swojej pracy Das Sauerstoffbedürfnis des Organismus (Zapotrzebowanie organizmu na tlen), jako Privatdozent (niepłatny wykładowca lub instruktor) na Wydziale Medycznym Uniwersytetu w Berlinie. Później został tam profesorem nadzwyczajnym i starszym lekarzem domowym szpitala Charité w Berlinie.
W 1890 roku Robert Koch, dyrektor nowo utworzonego Instytutu Chorób Zakaźnych, mianował Ehrlicha jednym ze swoich asystentów, a Ehrlich rozpoczął wtedy badania immunologiczne, z którymi jego nazwisko będzie zawsze kojarzone.
Pod koniec 1896 roku w berlińskim Steglitz utworzono Instytut Kontroli Surowic Leczniczych, a Ehrlich został mianowany jego dyrektorem. Wykonał tu dalsze ważne prace z zakresu immunologii, zwłaszcza nad hemolizynami. Wykazał również, że reakcja toksyny z antytoksyną jest, podobnie jak reakcje chemiczne, przyspieszana przez ciepło i opóźniana przez zimno, oraz że zawartość antytoksyny w surowicach antytoksycznych różni się tak bardzo z różnych powodów, że konieczne było ustanowienie standardu, dzięki któremu zawartość antytoksyny mogłaby być dokładnie zmierzona. Udało mu się to osiągnąć w przypadku surowicy przeciwbłoniczej von Behringa i w ten sposób umożliwił standaryzację tej surowicy w jednostkach odnoszących się do stałego i niezmiennego wzorca. Metody, które następnie opracował Ehrlich, stały się podstawą wszystkich przyszłych standaryzacji surowic. Ta praca i inne jego badania immunologiczne doprowadziły Ehrlicha do sformułowania jego słynnej teorii odporności opartej na łańcuchach bocznych.
W 1897 roku Ehrlich został mianowany urzędnikiem ds. zdrowia publicznego we Frankfurcie nad Menem, a kiedy w 1899 roku we Frankfurcie powstał Królewski Instytut Terapii Eksperymentalnej, Ehrlich został jego dyrektorem. Został on również dyrektorem Georg Speyerhaus, który został założony przez Frau Franziskę Speyer i wybudowany obok Instytutu Ehrlicha. Mianowania te zapoczątkowały trzecią fazę licznych i różnorodnych badań Ehrlicha. Poświęcił się chemioterapii, opierając się na założeniu, które przyświecało mu już w młodości w pracy doktorskiej, że należy badać skład chemiczny stosowanych leków w zależności od ich działania i powinowactwa do komórek organizmów, przeciwko którym są skierowane. Jego celem było, jak to ujął, znalezienie substancji chemicznych, które mają szczególne powinowactwo do organizmów chorobotwórczych, do których trafiałyby, tak jak antytoksyny trafiają do toksyn, z którymi są szczególnie związane, i byłyby, jak to wyraził Ehrlich, „magicznymi pociskami”, które trafiałyby prosto do organizmów, przeciwko którym były skierowane.
Aby to osiągnąć, Ehrlich przetestował, z pomocą swoich asystentów, setki substancji chemicznych wybranych z jeszcze większej liczby tych, które zgromadził. Badał, między innymi, leczenie trypanosomozy i innych chorób pierwotniakowych i wyprodukował czerwień trypanową, która, jak wykazał jego japoński asystent Shiga, była skuteczna przeciwko trypanosom. Ustalił też, wraz z A. Bertheimem, prawidłowy wzór strukturalny atoksylu, którego skuteczność wobec niektórych eksperymentalnych trypanosomii była znana. Praca ta otworzyła drogę do uzyskania licznych nowych związków organicznych z trójwartościowym arsenem, które Ehrlich badał.
W tym czasie Schaudinn i Hoffmann odkryli w Berlinie spirochaete wywołującą kiłę i Ehrlich postanowił poszukać leku, który byłby skuteczny zwłaszcza przeciw tej spirochaete. Wśród leków arsenowych, które były już testowane do innych celów, był jeden, 606. z serii testowanych, który został odstawiony w 1907 roku jako nieskuteczny. Kiedy jednak dawny współpracownik Ehrlicha, Kitasato, wysłał swojego ucznia, nazwiskiem Hata, do pracy w Instytucie Ehrlicha, Ehrlich, dowiedziawszy się, że Hata zdołał zarazić króliki syfilisem, poprosił go o przetestowanie tego odrzuconego leku na tych królikach. Hata zrobił to i stwierdził, że jest on bardzo skuteczny.
Kiedy setki eksperymentów wielokrotnie potwierdziły jego skuteczność przeciwko syfilisowi, Ehrlich ogłosił go pod nazwą „Salvarsan”. Następnie przeprowadzono dalsze prace na ten temat i w końcu okazało się, że 914. substancja arsenowa, której nadano nazwę „Neosalvarsan”, mimo że jej działanie lecznicze było mniejsze, była łatwiejsza do wytworzenia, a ponieważ była bardziej rozpuszczalna, łatwiej się ją podawało. Ehrlich musiał, podobnie jak wielu innych odkrywców przed nim, walczyć z wieloma oporami, zanim Salwarsan lub Neosalwarsan zostały zaakceptowane do leczenia kiły u ludzi; ale ostatecznie doświadczenie praktyczne przeważyło i Ehrlich stał się sławny jako jeden z głównych twórców chemioterapii.
W późniejszych latach życia Ehrlich zajmował się pracą doświadczalną nad nowotworami i nad swoim poglądem, że mięsak może rozwinąć się z raka, a także nad swoją teorią athreptycznej odporności na raka.
Niestrudzony przemysł wykazały Ehrlich przez całe życie, jego dobroć i skromność, jego całe życie nawyk jedzenia mało i palenia bez przerwy 25 mocnych cygar dziennie, pudełko z których często nosił pod jednym ramieniem, Jego niezmienne naleganie na wielokrotne potwierdzanie publikowanych przez niego wyników wieloma eksperymentami, a także cześć i oddanie okazywane mu przez wszystkich jego asystentów, zostały żywo opisane przez jego byłą sekretarkę, Martę Marquardt, której biografia dała nam szczegółowy obraz jego życia we Frankfurcie. We Frankfurcie ulica, przy której znajdował się jego Instytut, została nazwana od jego nazwiska Paul Ehrlichstrasse, ale później, gdy rozpoczęły się prześladowania Żydów, nazwa ta została usunięta, ponieważ Ehrlich był Żydem. Po drugiej wojnie światowej, kiedy miejsce jego urodzenia, Strehlen, znalazło się pod jurysdykcją polskich władz, przemianowano je na Ehrlichstadt, na cześć jego wielkiego syna. Ehrlich był członkiem zwyczajnym, zagranicznym, korespondencyjnym lub honorowym nie mniej niż 81 akademii i innych ciał naukowych w Austrii, Belgii, Brazylii, Danii, Egipcie, Finlandii, Francji, Niemczech, Wielkiej Brytanii, Grecji, Węgrzech, Włoszech, Holandii, Norwegii, Rumunii, Rosji, Serbii, Szwecji, Turcji, USA i Wenezueli. Był doktorem honoris causa uniwersytetów w Chicago, Getyndze, Oksfordzie, Atenach i Wrocławiu, a także został uhonorowany orderami w Niemczech, Rosji, Japonii, Hiszpanii, Rumunii, Serbii, Wenezueli, Danii (Krzyż Komandorski Orderu Danebrog) i Norwegii (Krzyż Komandorski Królewskiego Orderu Św. Olafa).
W 1887 roku otrzymał Tiedemann Prize of the Senckenberg Naturforschende Gesellschaft we Frankfurcie nad Menem, w 1906 roku Nagrodę Honorową na XV Międzynarodowym Kongresie Medycyny w Lizbonie, w 1911 roku Medal Liebiga Niemieckiego Towarzystwa Chemicznego, a w 1914 roku Cameron Prize of Edinburgh. W 1908 r. dzielił z Metchnikoffem najwyższe wyróżnienie naukowe, Nagrodę Nobla.
Rząd pruski wybrał go w 1897 r. na Privy Medical Counsel, w 1907 r. awansował go do wyższej rangi tego Counsel, a w 1911 r. podniósł go do najwyższej rangi, Real Privy Counsel z tytułem Excellency.
Ehrlich ożenił się w 1883 r. z Hedwig Pinkus, która miała wówczas 19 lat. Mieli dwie córki, Stephanie (pani Ernst Schwerin) i Marianne (pani Edmund Landau).
Kiedy wybuchła pierwsza wojna światowa w 1914 roku, był bardzo strapiony przez niego i na Boże Narodzenie tego roku miał lekki udar mózgu. Szybko doszedł do siebie, ale jego zdrowie, które nigdy, oprócz infekcji gruźliczej we wczesnym okresie życia, która zmusiła go do spędzenia dwóch lat w Egipcie, nie szwankowało, teraz zaczęło się pogarszać i kiedy w 1915 r. pojechał na wakacje do Bad Homburg, 20 sierpnia tego roku miał drugi wylew, który zakończył jego życie.
