Родился 19 (31) мая 1892 года в Москве в православной семье выходцев из Украины. Когда ему было 6 лет, семья вернулась в Киев, где он окончил Первую городскую гимназию. Затем будущий писатель поступил на историко-филологический факультет Киевского университета. Через пару лет он опять переехал в Москву и перевелся на юридический факультет.
Судьба часто забрасывала Паустовского то в Киев, то в Москву. В своем автобиографическом рассказе он признавался, что именно в Киеве развилась его журналистская и литературная карьера. Первая мировая война вынудила его прервать учебу. Он работал кондуктором, полевым санитаром, затем на различных заводах. В 1917 году с началом Февральской революции работал репортером в московских газетах. Во время гражданской революции вернулся вновь в Киев, где были его мать с сестрой. Двое братьев писателя погибли во время Первой мировой войны на фронте.
В годы Великой отечественной войны он работал военным репортером и параллельно писал рассказы. 1950-е годы провёл на Оке в Тарусе, где участвовал в составлении сборника «Тарусские страницы». Мировая известность к Паустовскому пришла в середине 1950-х, когда он начал путешествовать по странам Европы и прожил некоторое время на острове Капри. В 1965 году выбирался в кандидаты на Нобелевскую премию, которую затем выдали М. Шолохову. Некоторое время писатель занимался преподавательской деятельностью в Институте им. Горького.
Первый сборник рассказов Паустовского под названием «Встречные корабли» вышел в 1928 году. Затем последовал роман «Блистающие облака», который был напечатан в 1929 году в Харькове. Однако наибольшую известность писателю принесла повесть «Кара-Бугаз». Повесть была написана на основе реальных событий и сразу же выдвинула автора в первые ряды советских писателей. В 1935 году по мотивам повести был снят фильм, однако по политическим соображениям не был допущен в прокат. Умер К. Г. Паустовский 14 июля 1968 года в Москве.
