Nació en Overlulea, en familia humilde. Pasó la infancia en Laponia; huérfano desde temprana edad, no pudo seguir estudios universitarios pero fue un apasionado lector. A los 14 años consiguió un empleo de leñador, y posteriormente fue operador de cine. Sus dos primeros libros, Los cuatro forasteros y Timán y la justicia pasaron casi inadvertidos; fue con el tercero, Ciudad en tinieblas de 1927 (en el que narra su dura infancia y el entorno hostil de la región ártica) cuando comenzó a destacar en el ámbito literario sueco.
Viajero incansable, pasó largas temporadas en Alemania, Suiza, Italia y Francia; fruto de su estancia en París es la narración Ciudad de las luces, a la que siguió Comentario sobre una estrella caída , sátira mordaz de la burguesía sueca.
De 1932 es la novela Bobinack , obra polémica sobre las maquinaciones del moderno capitalismo consumista. En Adiós, Hamlet describe con fina ironía a los burgueses suecos. En Ejercicio nocturno realiza un profundo estudio psicológico de sus personajes.
Su popularidad y prestigio se deben especialmente a la serie de relatos autobiográficos sobre los primeros años de su juventud, reunidos en 1945 en La novela de Olof, obra en que utiliza una técnica narrativa deudora de Proust y Joyce, y de las teorías del psicoanálisis freudiano. Su sentido profundo de la libertad y sus ideas totalmente contrarias al nazismo le llevaron a escribir, entre 1941 y 1943 la trilogía Krilón , cuyo tema predominante es la amenaza que el ascenso del autoritarismo fascista significa para los valores humanos.
Utilizó la técnica del monólogo interior en La resaca, novela en que traslada la aventura del Ulises homérico a la época actual, y la reinterpreta a base de símbolos convencionales . Posteriormente publicó Sueños de rosas y fuego (cuyo argumento se basa en un juicio celebrado en Francia en el siglo XVII por causa de brujería), La marcha del tiempo, Nubes sobre el Metaponto y En los tiempos de Su Gracia, estas dos últimas de evocación histórica.
Falleció en Estocolmo.