Nació en Šeteniai, Lituania, en el 30 de junio de 1911. Su familia era originaria de Lituania, aunque de lengua, tradición y cultura polacas. Cursó sus estudios superiores de Derecho en Vilna. Miembro del grupo literario Żagary, debutó como escritor en 1930, publicando en esa década dos volúmenes de poesía: Tres inviernos y Poema sobre el tiempo congelado, por el que consiguió una beca para París donde trabó relación con el que sería una de sus mayores influencias literarias y filosóficas: su familiar y poeta francés de origen lituano Oscar Venceslas de Lubicz-Milosz. Trabajó en la Radio polaca. Durante la II Guerra Mundial, Miłosz se quedó en Varsovia;, donde vio el horror en "la ciudad más castigada de Europa" (según escribió en El pensamiento cautivo), y prestó apoyo a los perseguidos por el régimen nazi: ya antes de la guerra se había enfrentado claramente a los antisemitas, y fue testigo de la aniquilación del ghetto de esa capital.
Trabajó en el servicio diplomático de la Polonia Popular desde 1945 hasta 1951. En 1951 Miłosz rompió con ese Gobierno y se instaló en Francia, para huir del llamado 'realismo' artístico del Este. A partir de entonces sufrió el destino de los intelectuales que, en aquella época, hicieron frente al estalinismo.
En 1960 se trasladó a Berkeley, Estados Unidos, invitado por la Universidad de California, y fue desde 1961, profesor de Lenguas y Literatura Eslavas. Durante su estancia ahí, escribió, sobre todo, poesía. De temática muy variada, la obra más apreciada de esta época fue concerniente a la política. En la República Popular Polaca fue oficialmente reconocido como un traidor de su patria, y despreciado por la Unión de Escritores Polacos. Recibió el título de doctor honoris causa en Letras por la Universidad de Míchigan en 1977 y el Premio Nobel de Literatura en 1980.
En los años 90, tras la transición pacífica de Polonia del comunismo a la democracia, el poeta volvió a vivir en su país y se instaló en Cracovia donde falleció como consecuencia de una aguda insuficiencia cardio-respiratoria el sábado, 14 de agosto de 2004, a los 93 años.
