Писатель родился в Смоленской области в 1920 году в еврейской семье. Когда Айзеку исполнилось 3 года, его семья переехала в Бруклин, где они открыли кондитерский магазин. Айзека с детства приучали к упорному труду и после школы заставляли работать за прилавком магазина. Айзек Азимов пошёл в школу в 5 лет, в 15 поступил в колледж, а затем в Колумбийский университет в Нью-Йорке.
Свою первую книгу о приключениях двух мальчишек писатель начал писать в 11 лет. Первый его рассказ «В плену у Весты» опубликовали в 1939 году. После этого был опубликован рассказ «Приход ночи», который впоследствии Американская ассоциация писателей-фантастов признала лучшим из всего когда-либо написанного.
Первые рассказы о роботах Айзек Азимов начал писать в 1939 году. Он ввёл понятие робототехники как науки, сформулировал три её закона. А сборник рассказов «Я, Робот» принёс Азимову небывалый успех. В его произведениях роботы абсолютно не злобные создания — они помощники людей, иногда более человечные, чем сами люди. В 1942 году Азимов задумал серию «Основание», которую позже объединил с миром роботов.
В 1945 году Азимов отслужил в армии и пошёл в аспирантуру, получил степень доктора биохимии и начал преподавать. Как писатель, Азимов отошёл от мира фантастики и стал больше заниматься научно-популярной литературой. Большинство его книг написано именно в этом жанре. Также автор успешно писал научно-фантастические детективы. Одним из лучших его детективных романов была признана книга «Стальные пещеры».
В 1958 году писателя и профессора уволили из университета, и он начал вести авторскую научную колонку в журнале. К концу 70-х Азимов стал настолько популярен, что первым из писателей появился в рекламных роликах и на телевидении. Он помогал многим начинающим авторам.
Айзек Азимов умер в 72 года от сердечной и почечной недостаточности.