Рэй Брэдбери родился 22 августа 1920 года в больнице на улице Сент-Джеймс-стрит 11, в городе Уокиган, штат Иллинойс. Полное имя — Рэймонд Дуглас — второе имя мальчик получил в честь знаменитого актёра Дугласа Фэрбенкса. Первое время имя мальчика писали Rae в честь двоюродного дяди, но по совету школьного учителя написание сменили на традиционное Ray, чтобы мальчика не задразнили за слишком женственное имя.
В двенадцать лет от роду Брэдбери понял, что хочет стать писателем, и серьёзно занимался только этим единственным делом. Когда ему было восемнадцать, он подрабатывал продавцом газет — в то время Америка была в Великой депрессии — а позже жил за счёт жены, но продолжал писать каждый день с невероятным упорством.
Всю свою жизнь Брэдбери жил с одной женщиной — Маргарет (Marguerite McClure Bradbury). Вместе они нажили 4 дочерей (Беттина, Рамона, Сьюзан и Александра).
Они поженились 27 сентября 1947 года. С этого дня в течение нескольких лет она работала целыми днями, чтобы Рэй мог оставаться дома и работать над книгами. Её руками был набран первый экземпляр «Марсианских хроник». Ей же и была посвящена эта книга.
Рассказы Брэдбери начали публиковаться в дешёвых журналах, печатавших множество фантастической прозы, часто и не очень качественной. И только сборник «марсианских» рассказов («Марсианские хроники») стал его первым коммерческим успехом. Когда Рей вез этот сборник в Нью-Йорк к литагенту Дону Конгдону, у него не было денег на поезд: пришлось ехать на автобусе; во второй поездке в Нью-Йорк его уже настигли поклонники его творчества: во время остановки в Чикаго они хотели получить автограф в первом издании «Марсианских хроник».
После написания в 1953 году романа 451 градус по Фаренгейту (Fahrenheit 451) и публикации в первых номерах журнала «Playboy» его слава разрослась до всемирной.
Рэя Брэдбери часто называют мэтром фантастики, одним из лучших писателей-фантастов и основоположником многих традиций жанра. Однако сам он не относил себя к писателям-фантастам и не стеснял себя рамками жанра — в жанре фантастики написана лишь часть его произведений. Тем не менее, Брэдбери является обладателем нескольких наград в области фантастики (Небьюла — 1988, Хьюго — 1954), помимо множества общелитературных премий.