Дэвид Митчелл родился в январе 1969 года в Саутпорте (Мерсисайд, Англия). Обучался в Университете Кента и получил учёную степень в области английской и американской литературы. Жил в течение года на Сицилии, затем перебрался в Хиросиму (Япония), где преподавал английский язык японским студентам. Через восемь лет Дэвид со своей женой Кейко и двумя детьми вернулся в Англию.

Написав всего несколько книг, Митчелл произвёл огромное впечатление на современную литературную сцену. Его дебютный роман «Литературный призрак», вышедший в 1999 году, смог составить конкуренцию книгам общепризнанных столпов английской прозы Антонии Байетт, Лоуренса Норфолка и Рейчел Каск, выиграл «John Llewellyn Rhys Prize» (как лучшая английская книга, написанная автором моложе 35 лет), и был номинирован на «Guardian First Book Award». Причём, в отличие от многих начинающих авторов, которые строят сюжет своих первых книг на спекуляциях вокруг своего личного опыта, Дэвиду удалось создать невероятно убедительное повествование, представляющее собой сплав историй, происходящих одновременно в разных частях света и рассказываемых абсолютно разными людьми. Подобная широта взглядов и манера изложения автора разительно отличается от современных тенденций в английской литературе, стремящейся к обособлению и концентрации внимания на внутреннем микрокосме страны.

Второй роман Митчелла «Сон №9» («number9dream») увидел свет в 2001 году, в этой книге автор решил не прибегать к смешению большого спектра жанров и стилей, а сосредоточился на создании единой сюжетной линии, красочно повествующей о поисках японским тинейджером своего отца в современном Токио. Роман был номинирован на получение «James Tait Black Memorial Prize» и вошёл в шорт-лист самой престижной английской премии «Man Booker».

В опубликованной в 2004 году книге «Облачный атлас» («Cloud Atlas»), Митчелл решил вернуться к традициям нарратива своего первого романа и варьированию жанров от научной фантастики до исторических зарисовок. Награды не заставили себя ждать и роман получил «British Book Literary Fiction Award», был назван «British Book Awards Richard & Judy Best Read of the Year», и номинировался на премию «Букер», а сам автор от влиятельной ассоциации «Granta» получил звание «Лучший молодой британский писатель». В 2006 году вышел новый роман Дэвида «Black Swan Green», который был номинирован на премии «Costa Novel», «Quill Book» и «Commonwealth Writers Prize» (в номинации «Лучшая книга Евразии»). Сейчас Дэвид Митчелл живёт со своей семьёй в г. Корк (Ирландия) и пишет новую книгу — исторический роман, в котором он планирует сопоставить Японию времён правления сёгунов и наполеоновскую Европу.

В 2013 г. Дэвид и его супруга Кейко перевели на английский язык книгу 13-летнего японца, аутиста, The Reason I Jump. Дело в том, что у пары один из детей страдает аутизмом.