Londonban született David Robert Jones néven. Középiskolás korától szaxofonozott, foglalkozott pantomimmal és képzőművészettel is. Pályája nehezen indult: első albuma nem keltett visszhangot, megbukott egy filmje is. 1966-ban vette fel a híres amerikai pionír és a róla elnevezett vadászkés ihlette David Bowie nevet, hogy ne tévesszék össze az amerikai Monkees együttes tagjával, Davy Jonesszal.

Első sikere 1969 nyarán a holdra szállás ihlette Space Oddity volt. A folytatással azonban adós maradt, a sajtó már egylemezes sztárként temette. Egy évvel később csattanós választ adott: megjelentette a The Man Who Sold The World című lemezt, melynek borítóján a transzvesztitának maszkírozott Bowie kihívó pózban hever egy díványon. Ezt követte 1971-ben a populárisabb Hunky Dory, majd 1972-ben az évtized egyik legnagyobb hatású lemeze, a The Rise and Fall of Ziggy Stardust and the Spiders from Mars. Ziggy Stardust-alteregójával még egy albumot adott ki Aladdin Sane címmel, majd megvált elhasznált glam rock szerepétől. Egy újabb tematikus lemez (Diamond Dogs) és egy addig soha nem látott méretű világturné a hetvenes évek szupersztárjává avatta. A sikert a zene mellett külsőségeknek is köszönhette: a fémes hangú, kifestett énekes műsorát látványos showelemekkel körítette. Ettől kezdve két-három évente váltogatta alteregóit, kiérdemelte a rockzene kaméleonja titulust.

Az 1974-ben Amerikában megjelent Young Americans című korong (rajta a John Lennonnal közösen írt Fame) a Philadelphia-sound jegyében készült, az első diszkólemeznek is tekintik. 1976-ban a "sovány fehér herceg" képében készítette a Station to Stationt, amelyet sokan pályafutása legjobb lemezének tartanak. Nyugat-Berlinben a minimálzene apostola, Brian Eno társaságában elkészítette híres trilógiáját (Low, Heroes, Lodger) - ezekben az években keményen kábítószerezett, saját szavai szerint mindent lenyelt a dinamiton kívül, de sikerült úrrá lennie szenvedélyén. Ezután egy pophangzású korong, majd a diszkós Let's Dance következett, amelyekhez emlékezetes videóklipek is készültek. Felejthető albumok után újabb fordulat következett: 1989-ben heavy metal jellegű együttest alakított Tin Machine néven, de két album után ezt is feloszlatta.

A dzsessz és hip-hop elemeit ötvöző Black Tie, White Noise komoly siker lett, amit több kísérletező kedvű korong követett, ismét együtt dolgozott Enóval és az indusztriális rockot játszó Nine Inch Nails-zel. Az elsők között ismerte fel az internet jelentőségét és lehetőségeit: 1997-ben Telling Lies című kislemezét már csak a világhálón terjesztette, egy évvel később lett saját honlapja. Az új évezred elején elhallgatott, csak 2013-ban, 66. születésnapján adott ki új albumot (The Next Day), amellyel újra a listák élére került Angliában. A berlini éveket megidéző Where Are We Now számos országban listavezető lett, a címadó számhoz készült klip kisebb botrányt kavart. Utolsó albuma, a Blackstar 69. születésnapján, halála előtt két nappal jelent meg, és ezzel először kapaszkodott fel az amerikai lemezlista csúcsára.

Bowie producerként és szerzőként olyan zenészeket segített a sikerhez, mint Lou Reed (ő volt a Transformers című lemez producere, amelyen a Walk On The Wild Side megjelent) és Iggy Pop (első szólólemezének producere és társszerzője volt). A nyolcvanas években slágerlistás korongja jelent meg többek között Mick Jaggerrel, a Queennel, Bing Crosbyval és Tina Turnerrel. Hatása kimutatható mások mellett Gary Numan, a Human League, az Ultravox, a Culture Club, Prince és Madonna zenéjében. 1996-ban lett a rock halhatatlanja, 2006-ban életművéért Grammy-díjat kapott és csillaga van a Hírességek sétányán Hollywoodban. Az egyik legsikeresebb előadóművészként mintegy 140 millió lemeze kelt el, a Rolling Stone magazin minden idők 23. legjobb énekesének választotta meg.

Elismerést aratott színészként is: a Broadwayn eljátszotta az Elefántember címszerepét, Brecht Baaljában is szerepelt. A filmvásznon az Éhség című horrorban, az Abszolút kezdők című zenés filmben, A Földre zuhant ember című sci-fiben és a Csak egy dzsigolóban (Marlene Dietrich partnereként) láthatta a közönség. A Boldog karácsonyt Mr. Lawrence-ben angol katonatiszt, a Krisztus utolsó megkísértésében Pilátus volt, 2000-ben Andy Warholt jelenítette meg, A presztízs című alkotásban egy 19. századi angol mágus szerepébe bújt. Több könyvet írt, festőként is sikeres volt, és még számítógépes játékokhoz is írt zenét. Az évtizedeken át a legelegánsabban öltözködő férfiak közé választott Bowie életéről és műveiből 2013-ban kiállítást rendeztek a londoni Victoria és Albert Múzeumban, amely az intézmény legsikeresebb tárlatának bizonyult.

Sokáig a róla kialakított kép elválaszthatatlan része volt meghatározhatatlan nemisége, elejtett megjegyzésein nehéz volt eligazodni. 1970-ben nősült meg először, ebből a házasságából született fia sikeres filmrendező. 1992-ben vette el a szupermodell Imant, akitől lánya született. Magyarországon is többször járt: először 1990-ben, aztán 1997-ben.

A rákkal vívott másfél éves küzdelmet 2016. január 10-én vesztette el. A tavalyi brit zenei díjátadón posztumusz brit ikon díjat kapott, nyáron Berlinben ott töltött éveinek emléket állító táblát avattak, eddig kiadatlan dalai októberben jelentek meg. Gazdag műgyűjteményét novemberben nagy sikerrel árverezték el Londonban. Köztéri szobrát a tervek szerint a buckinghamshire-i Aylesburyben állítják fel.