Nació en el seno de una familia acomodada (su padre era ingeniero) residente en el occidentalizado barrio de Nişantaşı de Estambul, similar a las que describe en algunas de sus novelas. Cursó la secundaria en el norteamericano Robert College de su ciudad natal y después comenzó a estudiar arquitectura, pero tres años más tarde abandona la carrera para dedicarse a la literatura a tiempo completo. En 1977 se graduó en el Instituto de periodismo de la Universidad de Estambul, aunque nunca ejerció la profesión. Entre 1985 y 1988 residió en Nueva York y trabajó como profesor visitante en la Universidad de Columbia. Posteriormente regresó a Estambul. Pamuk es musulmán. Desde 1982 hasta 2001 estuvo casado con Aylin Türegün; de ese matrimonio en 1991 nació una hija, Rüya.
Aunque su carrera como escritor se inició a finales de los años 70, y su primera novela se publicó en 1982, su obra comenzó a tener repercusión internacional con la novela El astrólogo y el sultán (Beyaz Kale, 1985), alabada por el escritor estadounidense John Updike, y alcanzó su consagración definitiva con Me llamo rojo (Benim Adım Kırmızı, 1998), una novela que combina la narración de misterio, la historia de amor y la reflexión filosófica, ambientada en el Estambul del siglo XVI, bajo el reinado del sultán Murad III.