Nasce a Norwich il 19 ottobre 1946. Il padre è un pilota della RAF, perciò inizia a viaggiare fin da piccolo. Quando ha solo sette anni, il padre muore in un incidente aereo durante una missione in Kenya. Dopo qualche anno la madre si risposa e, quando la nuova famiglia si trasferisce in Australia, Pullman scopre i fumetti: Superman e Batman. Tornato in Inghilterra incontra il libro che gli cambierà la vita: è Il Paradiso perduto di John Milton, che diventerà la principale fonte d'ispirazione per la trilogia Queste oscure materie.
Si laurea nel 1968 con un punteggio molto basso; in un'intervista al giornale universitario dice: “Non mi piaceva molto il corso d'inglese (…). In realtà pensavo di andar bene finché non sono uscito con un punteggio da terza categoria. Era l'anno in cui hanno smesso di dare punteggi da quarta categoria; altrimenti avrei preso certamente quelli.”
Nel 1970 si imbatte nelle illustrazioni di William Blake, altra influenza sullo scrittore. Dopo aver insegnato per qualche tempo, decide di dedicarsi alla scrittura nel 1996.
Oggi è uno degli autori di narrativa per ragazzi più famosi e premiati. La bussola d'oro ha vinto la Carnegie Medal e il premio Guardian Children's Fiction Award.