Родился в Саратове в семье священника Гаврилы Ивановича Чернышевского (1793—1861). Учился дома под руководством отца, многосторонне образованного человека. В детстве он получил прозвище «библиофага», то есть пожирателя книг. Начитанность его поражала окружающих. В 1842 поступил в Саратовскую духовную семинарию, время пребывания в которой использовал в основном для самообразования: изучал языки, историю, географию, теорию словесности, русскую грамматику. Не окончив семинарию, в 1846 поступил в Петербургский университет на историко-филологическое отделение философского факультета.

За годы учёбы в университете были выработаны основы мировоззрения, Чернышевский сознательно готовит себя к революционной деятельности, делает первые попытки писать художественные произведения. В 1850 году окончив курс кандидатом, получает назначение в Саратовскую гимназию и весной 1851 приступает к работе. Здесь молодой учитель использует свое положение для проповеди революционных идей.

В 1853 встретил будущую жену О. С. Васильеву, вместе с которой после свадьбы переехал из родного Саратова в Санкт-Петербург. Высочайшим приказом 24 января 1854 года Чернышевский был определен учителем во Второй кадетский корпус. Будущий писатель зарекомендовал себя прекрасным преподавателем, но пребывание его в корпусе оказалось недолгим. После конфликта с офицером Чернышевский был вынужден подать в отставку^[1].

Литературную деятельность начал в 1853 небольшими статьями в «Санкт-Петербургских Ведомостях» и в «Отечественных Записках».

В начале 1854 он перешел в журнал «Современник», где в 1855—1862 являлся руководителем наряду с Н. А. Некрасовым и Н. А. Добролюбовым, вел решительную борьбу за превращение журнала в трибуну революционной демократии, что вызывало протест литераторов-либералов(В. П. Боткин, П. В. Анненков и А. В. Дружинин, И. С. Тургенев), сотрудничавших в «Современнике»^[2].

10 мая 1855 года в университете происходит защита диссертации «Эстетические отношения искусства к действительности», которая стала большим общественным событием и была воспринята как революционное выступление^[3], в этой работе он подвергал резкой критике эстетику идеалистов и теорию «искусство для искусства»^[4]. Министр просвещения А. С. Норов помешал присуждению ученой степени, и лишь в 1858 году, когда Норова на посту министра сменил Е. П. Ковалевский, последний утвердил Чернышевского в степени магистра русской словесности.

В 1858 году он первый редактор журнала «Военный сборник». Ряд офицеров (Сераковский, Калиновский,Шелгунов и др.), был вовлечен им в революционные кружки. Об этой работе Чернышевского были хорошо осведомлены Герцен и Огарев, стремившиеся привести армию к участию в революции. Вместе с ними является родоначальником народничества, причастен к созданию тайного революционного общества «Земля и воля»^[5].

В июне 1859 Чернышевский ездил в Лондон к Герцену для объяснения по поводу статьи «Very dangerous!» («Очень опасно!»), напечатанной в «Колоколе» .

С сентября 1861 находится под тайным надзором полиции. Шеф жандармов Долгоруков дает такую характеристику Чернышевскому: «Подозревается в составлении воззвания „Великорусс", в участии составления прочих воззваний и в постоянном возбуждении враждебных чувств к правительству».^[6]. Подозревался в причастности к пожарам 1862 г. в Петербурге .^[7].

В мае 1862 «Современник» был закрыт на 8 месяцев.

12 июня 1862 Чернышевский арестован и размещён в одиночную камеру под стражей в Алексеевском равелине Петропавловской крепости по обвинению в составлении прокламаций «Барским крестьянам от доброжелателей поклон». Воззвание к «Барским крестьянам» было переписано рукою Михайлова и передано Всеволоду Костомарову, оказавшемуся, как потом выяснилось, провокатором^[8]. В служебной документации и переписке между жандармерией и тайной полицией назывался «врагом Российской империи номер один». Поводом для ареста послужило перехваченное полицией письмо Герцена к Н. А. Серно-Соловьевичу, в котором упоминалось имя Чернышевского в связи с предложением издавать запрещенный «Современник» в Лондоне. Следствие продолжалось около полутора лет. Чернышевский вел упорную борьбу со следственной комиссией, опровергая фальшивые документы и ложные свидетельские показания, которые фабриковались по заданию комиссии (источник?) и приобщались к делу. В виде протеста против незаконных действий следственной комиссии Чернышевский объявил голодовку, которая продолжалась девять дней. Вместе с тем Чернышевский продолжал работать и в тюрьме. За 678 суток ареста Чернышевский написал текстовых материалов в объёме не менее 200 авторских листов. Наиболее полномасштабно утопические идеалы арестантом Чернышевским были выражены в романе «Что делать?» (1863), опубликованном в 3, 4 и 5 номерах «Современника».

7 февраля 1864 года сенатом был объявлен приговор по делу Чернышевского: ссылка на каторжные работы сроком на четырнадцать лет, а затем поселение в Сибири пожизненно. Александр II уменьшил срок каторжных работ до семи лет, в целом Чернышевский пробыл в тюрьме и на каторге свыше двадцати лет.

19 мая 1864 в Петербурге на Конной площади состоялась гражданская казнь революционера^[9].

Был отправлен в Нерчинскую каторгу; в 1866 переведен в Александровский завод Нерчинского округа, в 1871 в Вилюйск.

В 1874 году ему официально предложено освобождение, но он отказывается подать прошение о помиловании. Организатором одной из попыток освобождения Чернышевского (1871) из ссылки был Г. А. Лопатин. В 1875 освободить Чернышевского попытался И. Н. Мышкин. В 1883 Чернышевского перевели в Астрахань (по некоторым данным, в этот период переписчиком у него работал К. М. Фёдоров). Благодаря хлопотам семьи, в июне 1889 переезжает в Саратов, но уже осенью того же года умирает от кровоизлияния в мозг. Был похоронен в городе Саратове на Воскресенском кладбище.