Apja pék volt Modenában, emellett amatőr énekes, aki még a nyolcvanon túl is fellépett. A népes, de nem túl gazdag család két szobában szorongott. A második világháború végén a front közeledése miatt még innen is kitelepítették őket, csak egy egyszobás házat tudtak bérelni a környéken. Luciano kisfiúként futballkapusnak készült, hangja komoly képzésének csak tizenkilenc évesen látott neki. (Egyik növendéktársa, a később világhírű szopránná fejlődő Mirella Freni volt, akihez régi barátság fűzte, állítólag még a szoptatós dajkájuk is közös volt.) Részidős tanítóként és biztosítási ügynökként tartotta fenn magát, sanyarú anyagi helyzete miatt az énektanár ingyen foglalkozott vele.

Húszévesen nemzetközi díjat nyert a kórus, amelyben apjával együtt énekelt, ő maga ezt tartotta élete fordulópontjának. A nagy sikerre azonban még várnia kellett, csak kis helyekre hívták, gázsit sem kapott, hangszálán daganat nőtt, komolyan fontolgatta, hogy abbahagyja az éneklést. Torka azonban csodás módon rendbejött, s hangja még szebb lett, mint azelőtt.

1961-ben megnyert egy énekversenyt, amelynek fődíjaként elénekelhette a Reggio Emilia-i Operaházban Puccini Bohéméletének főszerepét, s a közönség soraiban ülő egyik legismertebb olasz ügynök azonnal szerződést ajánlott neki. 1965-ben már a milánói Scala igényes közönségét hódította meg a Bohémélet Rodolfójaként, a szerepre Herbert von Karajan ajánlotta. Miután példátlan könnyedséggel, egymás után kilencszer énekelte ki Donizetti Az ezred lánya című operájának a tenoristákat rettegésben tartó áriájában a magas c-t, hangja mellett hírneve és gázsija is a csillagos egekbe szárnyalt.

Egyre mackósabb alakja két évtizeden át uralta a világ operaszínpadait: 1972-ben a New York-i Metropolitan közönsége 17 alkalommal tapsolta ki a függöny elé, 1977-ben minden idők egyik legnézettebb tévés operaközvetítése lett a Met Bohémélet-előadása, a főszerepben természetesen Pavarottival. Pusztán a neve is hatalmas tömegeket vonzott, a londoni Hyde Parkban 150 ezres, Párizsban az Eiffel-torony tövében 300 ezres, a New York-i Central parkban félmilliós tömeg gyűlt össze ingyenes koncertjeire. Amikor 1997-ben közölte a New York-i Metropolitan Opera vezetésével, hogy nem képes (vagy nem akarja) A végzet hatalmának felújított változatát énekelni, inkább a műsort változtatták meg, mert Az álarcosbálban hajlandó volt színre lépni.

Pavarottit sokan és sokszor vádolták azzal, hogy üzletet csinál a zenéből. A kritikák akkor erősödtek fel, amikor az 1990-es olaszországi labdarúgó világbajnokság hivatalos dala a Nessun Dorma című Puccini-ária lett az ő előadásában. Ettől az évtől adott koncerteket José Carreras és Plácido Domingo társaságában, "a három tenor" könnyed darabokat is felvett repertoárjába, és popzenésznek is becsületére váló sikereket aratott. Mások viszont éppen azért dicsérték a tenorkirályt, mert közelebb hozta az emberekhez a magas művészetet, a rádióban és televízióban közvetített operaelőadásai előtt sokan azt sem tudták, hogy létezik a műfaj.

Megkérte fellépéseinek az árát, egy időben Madonna és Elton John után ő volt a világ harmadik legjobban fizetett előadóművésze, valóságos popkultúra-ikon. Nem állt távol tőle a jótékonyság, számos koncertet adott barátaival, amelynek bevételét nemes célokra ajánlotta fel, fiatal énekesek felkutatására is szervezett versenyt.

Élete végén nem csak művészete miatt írtak róla: adócsalási botrányba keveredett, majd több évtizedes házasság után elvált feleségétől, és elvette huszonéves titkárnőjét, aki gyermeket szült neki. (Első feleségét ezután is hívhatta drágámnak, mert 60 millió dollárt fizetett neki.) Harmincöt év után menedzserével is szakított, aki könyvben tálalt ki róla, egyebek közt azt állítva, hogy a tenorok királya még kottát sem tud olvasni.

Az elhízott, gerincproblémákkal küszködő Pavarotti, akinek már a hangja sem volt a régi, 2004-ben visszavonult. A Met színpadán utoljára 2004. március 13-án a Toscát énekelte, s a közönség tizenöt percen keresztül ünnepelte felállva, a függöny elé tíz alkalommal kellett kimennie meghajolni. Két évvel később indult világkörüli búcsúturnéjára, de a fellépéseket New Yorkban egészségi állapota miatt félbe kellett szakítani. Hasnyálmirigyrákját hiába operálták, a hetvenegy éves "Tenorissimo" 2007. szeptember 6-án hunyt el szülővárosában. Korábban arra a kérdésre, hogy mit vinne magával egy lakatlan szigetre, azt felelte, hogy Verdi Requiemjét, mert egy ilyen helyen hamar meghal az ember. Ráadásul - tette hozzá -, tenoristaként már igencsak hozzászokott a meghaláshoz...