Primo Levi nasce a Torino il 31 luglio 1919, nella casa di corso re Umberto in cui abiterà poi tutta la vita, da una famiglia di ebrei piemontesi provenienti dalla Spagna e dalla Provenza. Il nonno paterno era un ingegnere civile, quello materno un mercante di stoffe. Il padre Cesare (1878-1942) era un ingegnere elettrotecnico che aveva a lungo lavorato all’estero, e nel 1917 aveva sposato Ester Luzzati (1895-1991). Primo frequenta il Ginnasio-Liceo D’Azeglio, dove per qualche mese ha come professore di italiano Cesare Pavese. Alla licenza liceale è rimandato a ottobre in italiano. Si appassiona a testi di divulgazione scientifica, e nel 1937 si iscrive al corso di chimica presso la facoltà di Scienze dell’Università di Torino. Malgrado le leggi razziali promulgate nel 1938, si laurea con pieni voti e lode nel 1941. Cerca lavoro, perché la famiglia è in difficoltà a seguito della malattia del padre, e ottiene piccoli impieghi in val di Lanzo e poi a Milano, dove frequenta un gruppo di amici torinesi.
Nel 1942 entra nel Partito d’azione clandestino, ed è attivo nella rete di contatti fra i partiti del futuro C.L.N. Dopo l’8 settembre si unisce a un gruppo di partigiani operante in Val d’Aosta, ma all’alba del 13 dicembre, su delazione, è arrestato sulle pendici del Col di Joux, tra la Val d’Ayas e St. Vincent con altri due compagni e, in quanto ebreo, avviato nel campo di concentramento di Carpi-Fòssoli. Di lì nel febbraio del 1944 viene deportato ad Auschwitz. Finisce nel Lager annesso alla fabbrica di Monowitz. Manovale di una squadra che deve erigere un muro, viene aiutato da un muratore italiano, Lorenzo Perrone, che lavora per un’impresa trasferita d’ufficio ad Auschwitz; poi per i suoi precedenti di chimico viene trasferito in un laboratorio.
Le vicende della liberazione da parte dell’Armata Rossa e dell’avventuroso ritorno a casa saranno poi raccontate ne La tregua (1963).
Nel 1946 trova lavoro presso una fabbrica di vernici di Avigliana, e scrive febbrilmente Se questo è un uomo. Rifiutato da Einaudi con una motivazione generica, il libro, intitolato in origine I sommersi e i salvati, viene pubblicato presso le edizioni De Silva di Franco Antonicelli, che cambia il titolo in Se questo è un uomo, un verso tratto dalla poesia dello stesso autore che figura in epigrafe. Nel settembre 1947 Levi sposa Lucia Morpurgo; in dicembre accetta un posto di chimico di laboratorio presso la Siva, una fabbrica di vernici nei pressi di Settimo Torinese, e in pochi anni ne diverrà il direttore. L’anno seguente nasce la figlia Lisa Lorenza; il figlio Renzo nascerà nel 1957. Non si rassegna tuttavia ad abbandonare il libro al suo destino incompiuto, e torna a proporlo a Einaudi. Le difficoltà finanziarie che la casa attraversa in quegli anni rimandano la pubblicazione sino al 1958. Il libro verrà poi tradotto in Inghilterra, Stati Uniti, Francia e Germania. Questo risveglio d’interesse induce Levi a proseguire il racconto autobiografico interrotto con l’arrivo dell’Armata Rossa ad Auschwitz. Da qualche anno, anche per l’incoraggiamento di Italo Calvino, ha ripreso a scrivere racconti, che verranno raccolti in due volumi, Storie naturali (1966) e Vizio di forma (1971). Alcuni viaggi di lavoro gli fanno maturare l’idea di raccontare le esperienze dei tecnici specializzati in giro per il mondo: è il libro che poi diventerà La chiave a stella (1978, Premio Strega). Nel 1975 decide di pensionarsi, e si dedica a tempo pieno al lavoro di scrittore. Pubblica Il sistema periodico (1977), originale serie di racconti di taglio autobiografico, ognuno legato ad un elemento chimico, e il romanzo d’invenzione Se non ora, quando? (1982, Premio Campiello e Premio Viareggio), storia di un gruppo di ebrei russi che avevano dato vita a una banda partigiana e con le armi in pugno avevano attraversato l’Europa per approdare provvisoriamente in Italia. Intanto nel 1981 ha preparato per Einaudi, su idea di Giulio Bollati, una antologia personale, La ricerca delle radici. Sempre nel 1981 esce una terza raccolta di racconti, Lilít. Su invito di Giulio Einaudi, inizia la traduzione del Processo di Kafka per la collana «Scrittori tradotti da scrittori »: il lavoro uscirà nell’aprile 1983. Nel giugno 1984 incontra a Torino il fisico Tullio Regge: la loro conversazione è pubblicata in dicembre dalle Edizioni di Comunità con il titolo Dialogo (nuova ed., Einaudi 2005). In ottobre, pubblica da Garzanti la raccolta di poesie Ad ora incerta, che comprende anche alcune traduzioni.
Nel 1985 raccoglie nel volume L’altrui mestiere (Einaudi) una cinquantina di scritti saggistici, che rendono testimonianza della sua vena di amabile enciclopedista. Nell’aprile 1986 pubblica I sommersi e i salvati, vera summa delle riflessioni nate dall’esperienza del Lager. In settembre, riceve a Torino la visita dello scrittore americano Philip Roth, con cui ha concordato una lunga intervista che apparirà su «The New York Review of Books».
L’11 aprile 1987 muore suicida nella sua casa di Torino.
Le Opere complete di Primo Levi sono disponibili in due tomi della «Nuova Universale Einaudi», a cura di M. Belpoliti, introduzione di D. Del Giudice, cronologia di E. Ferrero. Particolarmente nutrita (quasi 500 pp.) la sezione degli scritti dispersi, per la prima volta raccolti in volume. Alle Opere andranno aggiunti il volume di Conversazioni e interviste 1963-1987 (Einaudi 1997), i racconti di L’ultimo Natale di guerra (Einaudi 2002), gli articoli e saggi 1955-1987 di L’asimmetria e la vita (Einaudi 2002), tutti curati da M. Belpoliti; e F. Camon, Autoritratto di Primo Levi (Garzanti 1987, Guanda 1997).
Un’antologia della critica è stata curata da E. Ferrero per Einaudi (1987).