Паустовский родился в Москве, но его семья несколько раз переезжала с места на место, сначала в Псков, потом в Вильно, и, в конце концов, обосновалась в Киеве. Отец Паустовского служил статистиком в управлении железной дороги, и, по словам самого писателя, частыми переездами семья была обязана его неуживчивому характеру .
Паустовский учился в Киевской классической гимназии. По окончании гимназии в 1912 году он поступил в Киевский университет на историко-филологический факультет, затем перевёлся в Московский университет, на юридический факультет. Первая мировая война заставила его прервать учёбу. Паустовский стал вожатым на московском трамвае, работал на санитарном поезде. В 1915 году с полевым санитарным отрядом отступал вместе с русской армией по Польше и Белоруссии.
После гибели двух его братьев в один день на разных фронтах, Паустовский вернулся в Москву к матери, но через некоторое время уехал оттуда.
Во время гражданской войны бежал на Украину, где был призван в петлюровскую армию. Вскоре после очередной смены власти был призван в Красную Армию в караульный полк, набранный из бывших махновцев. Несколько дней спустя один из караульных солдат застрелил полкового командира и полк расформировали. Впоследствии Константин Георгиевич много ездил по югу России, жил два года в Одессе, работая в газете «Моряк». В этот период Паустовский подружился с И. Бабелем, о котором позже оставил подробные воспоминания. Из Одессы Паустовский уехал на Кавказ. Жил в Сухуми, Батуми, Тбилиси, Ереване, Баку.
В 1923 году Паустовский вернулся в Москву. Несколько лет работал редактором РОСТА и начал печататься. В 1930-е годы Паустовский активно работал как журналист газеты «Правда» и журналов «30 дней», «Наши достижения» и др., много путешествовал по стране. Многие впечатления этих поездок воплотились в художественных произведениях.
Летом 1931 года выезжает в Ливны, где пишет повесть «Кара-Бугаз», ставшую для него ключевой.
В годы Великой Отечественной войны Паустовский работал военным корреспондентом на Южном Фронте и писал рассказы.
В 1950-е годы Паустовский жил в Москве и в Тарусе на Оке. Стал одним из составителей важнейших коллективных сборников демократического направления «Литературная Москва» (1956) и «Тарусские страницы» (1961).
Награждён орденами Ленина и Трудового Красного Знамени, ещё одним орденом, медалями.
В 1966 году подписал письмо 25-ти деятелей культуры и науки генеральному секретарю ЦК КПСС Л. И. Брежневу против реабилитации Сталина.
Отец, Георгий Максимович Паустовский, был железнодорожным статистиком, потомок казаков.
Дедушка, Максим Дмитриевич Паустовский — однодворец; бабушка Гонората Викентьевна — турчанка, крещеная в православие. Дед Паустовского привез ее с русско-турецкой войны, из Казанлыка.
Мать, Мария Григорьевна, урождённая Высочанская.
Другой дедушка, Григорий Моисеевич Высочанский, нотариус в Черкассах, другая бабушка Викентия (Wincentia) — польская шляхтянка.
Екатерина Степановна Загорская (1889—1969) — первая жена, девичья фамилия Городцова
Отец: Степан Александрович, священник, умер до рождения Екатерины.
Мать: Мария Яковлевна. Со своей будущей женой Паустовский встретился, отправившись санитаром на первую мировую войну,
Екатерина Степановна проводила лето 1914 года в деревушке на крымском берегу, и местные татарки звали её Хатидже (по-русски «Екатерина»). Паустовский не застал в живых родителей невесты. Отец умер ещё до рождения младшей дочери.
Екатерина Загорская родственница знаменитого археолога Василия Алексеевича Городцова , открывателя уникальных древностей Старой Рязани.
Паустовский и Загорская венчались летом 1916 года, в родной для Екатерины Подлесной Слободе в Рязанской губернии (ныне Луховицкий район Московской области). Именно в этой церкви служил священником её отец.
В 1936 году Екатерина Загорская и Константин Паустовский расстались. Екатерина призналась родственникам, что развод мужу дала сама. Не могла вынести, что тот «связался с полькой» (имелась в виду вторая жена Паустовского). Константин Георгиевич, однако, продолжал заботиться о сыне Вадиме и после развода.
Вадим Константинович (02.08.1925 — 10.04.2000) — сын от первой жены Екатерины
В августе 1925 года в Рязани у Паустовских родился сын Вадим, здесь же маленький Вадим был крещён. До конца жизни Вадим Паустовский собирал письма родителей, документы, многое передал в Музей-Центр Паустовского в Москве.
Валерия Владимировна Валишевская — вторая жена
Валерия Валишевская (Waleria Waliszewska) — сестра известного в 20-е годы польского художника Зигмунта (Сигизмунда) Валишевского (Zygmunt Waliszewski). Валерия становится вдохновительницей многих произведений — например, «Мещерская сторона», «Бросок на юг» (здесь Валишевская явилась прообразом Марии).
Татьяна Алексеевна Евтеева — Арбузова (1903—1978) — третья жена
Татьяна была актрисой в театре им. Мейерхольда.
— писал о ней Паустовский.
Алексей Константинович (1950—1976) — сын от третьей жены Татьяны
Родился Алексей в селе Солотча Рязанской области. Умер в возрасте 26 лет от передозировки наркотиков. Драматичность ситуации в том, что он не один покончил с собой или отравился — вместе с ним была девушка. Но ее доктора воскресили, а вот его уже не спасли.
Первый рассказ Паустовского «На воде» (1912) написанный в последний год учёбы в гимназии, был напечатан в Киевском альманахе «Огни».
В 1928 вышел первый сборник рассказов Паустовского «Встречные корабли», хотя отдельные очерки и рассказы печатались и до этого. В том же году был написан роман «Блистающие облака», в котором детективно-авантюрная интрига сочеталась с автобиографическими эпизодами, связанными с поездками Паустовского по Черноморью и Кавказу.
Известность принесла повесть «Кара-Бугаз» (1932). Снятный в 1935 году режиссёром Александром Разумным фильм «Кара-Бугаз» по политическим мотивам не был допущен в прокат. В 1930-е писал разнообразные по тематике повести «Судьба Шарля Лонсевиля» (1933), «Колхида» (1934), «Чёрное море» (1936), «Созвездие гончих псов» (1937), «Северная повесть» (1938; одноименный фильм 1960), также биографические повести о людях искусства — о художниках «Исаак Левитан», «Орест Кипренский» (обе 1937), о поэте и художнике «Тарас Шевченко» (1939). Особое место в его творчестве занимает Мещерский край. О любимой им Мещере Паустовский писал:
Повесть «Золотая роза» (1955) посвящена сущности писательского труда. В 1945—1963 Паустовский писал свое главное произведение — автобиографическую «Повесть о жизни», состоящую из шести книг: «Далекие годы» (1946), «Беспокойная юность» (1954), «Начало неведомого века» (1956), «Время больших ожиданий» (1958), «Бросок на юг» (1959—1960), «Книга скитаний» (1963).
В середине 1950-х годов к Паустовскому пришло мировое признание. Паустовский получил возможность путешествовать по Европе. Он побывал в Болгарии, Чехословакии, Польше, Турции, Греции, Швеции, Италии и др. странах; в 1965 долго жил на о. Капри. В том же 1965 году был вероятным кандидатом на Нобелевскую Премию по литературе, которая досталась в конце концов Шолохову.
Именем писателя названы: