Яков Исидорович Перельман родился 4 декабря (22 ноября по старому стилю) 1882 года в городе Белосток Гродненской губернии Российской империи (ныне Белосток входит в состав Польши) в еврейской семье. Его отец работал счетоводом, мать преподавала в начальных классах. Родной брат Якова Перельмана, Осип Исидорович, был прозаиком и драматургом, писавшим по-русски и на идише (псевдоним Осип Дымов).
Отец скончался в 1883 году, и матери одной пришлось воспитывать детей. Она сделала всё, чтобы дети получили достойное образование. В 1890 году Яков пошёл учиться в первый класс начальной школы, а 18 августа 1895 года поступил в Белостокское реальное училище.
23 сентября 1899 года он опубликовал в газете «Гродненские губернские ведомости» под псевдонимом «Я. П.» очерк «По поводу ожидаемого огненного дождя».
В августе 1901 года в Санкт-Петербурге был зачислен в Лесной институт, где его учителями были профессор Д. А. Лачинов, основатель кафедры физики и метеорологии, и профессор А. С. Домогаров, читавший курс высшей математики и механики. Практически с первого курса он начал сотрудничать с журналом «Природа и люди», первый написанный им очерк «Столетие астероидов» был напечатан в № 4 журнала за 1901 год. В 1903 году умерла мать. В 1904 году Перельман, продолжая учиться в Лесном институте, стал ответственным секретарём журнала «Природа и люди».
В 1908 году Перельман защитил дипломную работу по теме «Старорусский казённый лесопильный завод. Его оборудование и работа» и 22 января 1909 года — получил диплом об окончании Лесного института со званием «учёный-лесовод I разряда». Но работать по избранной в институте профессии ему не довелось, после окончания института Перельман начинает сотрудничать в журнале постоянно, и не только сам пишет очерки, но и печатает работы других.
Июль 1913 года — вышла в свет первая часть книги «Занимательная физика». Книга имела ошеломляющий успех у читателей. Вызвала она интерес и в среде физиков. Профессор физики Петербургского университета Орест Данилович Хвольсон, познакомившись с Перельманом и узнав, что книга написана не учёным-физиком, а учёным-лесоводом, сказал Якову Исидоровичу: Лесоводов-учёных у нас предостаточно, а вот людей, которые умели бы так писать о физике, как пишете Вы, нет вовсе. Мой вам настоятельнейший совет: продолжайте, обязательно продолжайте писать подобные книги и впредь.
29 августа 1913 года — начало переписки с К. Э. Циолковским, которая продолжалась до самой смерти Циолковского.
20 ноября 1913 года — выступил с докладом в Российском обществе любителей мироведения «О возможности межпланетных сообщений», в основу которого легли идеи К. Э. Циолковского. В 1914 году написал и опубликовал дополнительную главу «Завтрак в невесомой кухне» к роману Жюля Верна «Из пушки на Луну», которой дал определение «научно-фантастическая» (Жюль Верн свои романы называл научными, а Герберт Уэллс фантастическими), став таким образом автором нового понятия.
В 1915 году находясь летом на отдыхе, Перельман познакомился с молодым врачом Анной Давидовной Каминской. Вскоре они поженились.
1916—1917 годы — служил в петроградском «Особом совещании по топливу», где предложил перевести стрелку часов на час вперёд с целью экономии топлива (это было осуществлено в 20-х годах).
1916 год — вышла в свет вторая часть книги «Занимательная физика».
1918—1923 годы — работал инспектором отдела Единой трудовой школы Наркомпроса РСФСР. Составлял новые учебные программы по физике, математике и астрономии, одновременно преподавал эти предметы в различных учебных заведениях.
1919—1929 годы — редактировал созданный по собственной инициативе первый советский научно-популярный журнал «В мастерской природы».
1924 год — участвовал в работе московской «Секции межпланетных сообщений» Осоавиахима СССР, в числе членов которой были Ф. Э. Дзержинский, К. Э. Циолковский, В. П. Ветчинкин, Ф. А. Цандер. Н. А. Рынин и другие.
1924—1929 годы — работал в отделе науки ленинградской «Красной газеты»; член редколлегии журналов «Наука и техника», «Педагогическая мысль».
1925—1932 годы — член правления кооперативного издательства «Время»; организовал массовый выпуск книг занимательной серии.
13 ноября 1931 — конец 1933 года — заведовал в ЛенГИРДе отделом пропаганды, член президиума ЛенГИРДа, разрабатывал проект первой советской противоградовой ракеты.
1932 год — награждён грамотой Ленинградского областного совета Осоавиахима СССР «за особо активное участие в проработке научно-технических заданий в области воздушной техники, направленных на укрепление обороноспособности СССР».
1932—1936 годы — переписывался с С. П. Королёвым по вопросам пропаганды космических знаний; работал в ленинградском отделе издательства ЦК ВЛКСМ «Молодая гвардия» в качестве автора, консультанта и научного редактора.
1 августа 1934 года — в составе группы ленинградских писателей и учёных-популяризаторов встретился с Гербертом Уэллсом, приезжавшим в СССР.
Лето 1935 года — поездка в Брюссель на Международный математический конгресс.
15 октября 1935 года — открытие ленинградского Дома занимательной науки в Фонтанном доме (б. дворец Шереметевых, уничтожен в годы войны).
1939 год — написал обстоятельную статью «Что такое занимательная наука».
1 июля 1941 — февраль 1942 года — читал лекции воинам-разведчикам Ленинградского фронта и Краснознамённого Балтийского флота, а также партизанам об ориентировании на местности без приборов.
18 января 1942 года на дежурстве в госпитале скончалась от истощения Анна Давидовна Каминская-Перельман.
16 марта 1942 года — Яков Перельман скончался от общего истощения, вызванного голодом, в осаждённом немецкими войсками блокадном Ленинграде.
Библиография Перельмана насчитывает более 1000 статей и заметок, опубликованных им в различных изданиях. И это помимо 47 научно-популярных, 40 научно-познавательных книг, 18 школьных учебников и учебных пособий.
По данным Всесоюзной книжной палаты, с 1918 по 1973 год его книги только в нашей стране издавались 449 раз; их общий тираж составил более 13 миллионов экземпляров. Они печатались:
Согласно подсчётам московского библиофила Ю. П. Ирошникова, книги Я. И. Перельмана 126 раз издавались в 18 зарубежных странах на языках: