Geboren te Southport, Lancashire. David Stephen Mitchell is een Engelse Engelse romanschrijver, televisieschrijver en scenarioschrijver. Groeide op in Malvern, Worcestershire. Hij volgde zijn opleiding aan Hanley Castle High School en aan de University of Kent, waar hij een graad in Engelse en Amerikaanse literatuur behaalde, gevolgd door een MA in vergelijkende literatuurwetenschap.
Hij was een jaar woonachtig in Sicilië en acht jaar in Hiroshima, Japan waar hij Engels onderwees, voordat hij terugkeerde naar Engeland, waar hij van zijn verdiensten als schrijver kon leven en zijn zwangere vrouw kon onderhouden. Zijn eerste roman Ghostwritten en ontving een Award voor het beste boek van een schrijver onder de 35. In 2003 werd hij geselecteerd als een van Granta's Best of Young British Novelists. In 2007 stond Mitchell op de lijst van de 100 meest invloedrijke mensen ter wereld van Time Magazine
Zijn werk kenmerkt zich door een enorme verscheidenheid aan stijlen en vormen waarmee hij vele verhaallijnen door elkaar vlecht. In zijn boeken staat Japan vaak centraal. De personages uit zijn verhalen komen vaak in meerdere werken terug, bijvoorbeeld in het ene boek als tiener in 1920 en in het andere boek als oude dame in 1980.
Cloud Atlas (Wolkenatlas) bevat, net als zijn debuutroman, weer een aantal verschillende verhaallijnen in uiteenlopende schrijfstijlen. Elk van de verhalen wordt halverwege abrupt beëindigd. Het volgende verhaal bevat een verwijzing naar het vorige. Na het zesde verhaal worden de verschillende lijnen weer in teruglopende volgorde af verteld. Wolkenatlas was de verwachte winnaar van de Man Booker Prize 2004, maar won deze niet. Het is Mitchells grootste bestseller en kwam onder de originele Engelstalige titel in 2012 als bioscoopfilm uit. Na de release van de verfilming van Cloud Atlas begon Mitchell te werken als scenarioschrijver bij Lana Wachowski (een van de drie regisseurs van Cloud Atlas). In 2015 droeg Mitchell bij aan het plotten en scripten van scènes voor het tweede seizoen van de Netflix- serie Sense8 van de Wachowskis. Ze hadden de roman aangepast voor een tv-serie en samen met Aleksandar Hemon schreven ze de seriefinale. Mitchell had een contract getekend om seizoen drie van de serie te schrijven, maar Netflix annuleerde de show.
Naast romans schreef Mitchell de afgelopen jaren operalibretti. Wake , met muziek van Klaas de Vries, was gebaseerd op de vuurwerkramp in Enschede uit 2000 . Het werd uitgevoerd door de Nederlandse Nationale Reisopera in 2010. Hij creëerde de opera Sunken Garden met de Nederlandse componist van der Aa; het ging in 2013 in première door de English National Opera.
In augustus 2019 werd aangekondigd dat Mitchell zijn samenwerking met Lana Wachowski en Hemon zou voortzetten om het scenario voor The Matrix Resurrections te schrijven .
Mitchell woont momenteel met zijn vrouw, Keiko Yoshida, en hun twee kinderen in Ardfield, Clonakilty in County Cork, Ierland.