Сергей Довлатов родился 3 сентября 1941 года в Уфе, в семье театрального режиссёра Доната Исааковича Мечика (1909—1995) и литературного корректора Норы Сергеевны Довлатовой (1908—1999).
С 1944 года жил в Ленинграде. В 1959 году поступил на отделение финского языка филологического факультета Ленинградского университета имени Жданова и учился там два с половиной года. Общался с ленинградскими поэтами Евгением Рейном, Анатолием Найманом, Иосифом Бродским и писателем Сергеем Вольфом («Невидимая книга»), художником Александром Неждановым. Из университета был исключён за неуспеваемость.
Затем три года армейской службы во внутренних войсках, охрана исправительных колоний в Республике Коми (посёлок Чиньяворык). По воспоминаниям Бродского, Довлатов вернулся из армии «как Толстой из Крыма, со свитком рассказов и некоторой ошеломлённостью во взгляде».
Довлатов поступил на факультет журналистики ЛГУ, работал в студенческой многотиражке морского технического университета «За кадры верфям», писал рассказы.
Был приглашён в группу «Горожане», основанную Марамзиным, Ефимовым, Вахтиным и Губиным. Работал литературным секретарём Веры Пановой.
В 1972-1975 годах жил в Эстонии, где работал штатным и внештатным сотрудником в газетах «Советская Эстония» и «Вечерний Таллин». В своих рассказах, вошедших в книгу «Компромисс», Довлатов в числе прочего описывает истории из своей журналистской практики в качестве корреспондента «Советской Эстонии», а также рассказывает о работе редакции и жизни своих коллег-журналистов.
Работал экскурсоводом в Пушкинском заповеднике под Псковом (Михайловское). В 1975 году вернулся в Ленинград. Работал в журнале «Костёр». Писал прозу. Журналы отвергали его произведения. Рассказ на производственную тему «Интервью» был опубликован в 1974 году в журнале «Юность». Набор его первой книги в издательтве «Ээсти Раамат» был уничтожен по указанию КГБ Эстонской ССР.
Довлатов публиковался в самиздате, а также в эмигрантских журналах «Континент», «Время и мы». В 1978 году из-за преследования властей Довлатов эмигрировал, поселился в Нью-Йорке, где стал главным редактором эмигрантской газеты «Новый американец». Одна за другой выходили книги его прозы. К середине 1980-х годов добился большого читательского успеха, печатался в престижном журнале The New Yorker.
За двенадцать лет эмиграции издал двенадцать книг в США и Европе. В СССР писателя знали по самиздату и авторской передаче на Радио «Свобода».
Сергей Довлатов умер 24 августа 1990 года в Нью-Йорке от сердечной недостаточности.
