1935. október 12-én született az észak-olaszországi Modena városában, viszonylag szegény családban. Az apa pékként dolgozott, de az énekes szerint neki is elsőrangú tenorhangja volt, és nem mellesleg rajongott is az operáért - az ő általa vásárolt lemezek (melyeken a korszak ünnepelt tenoristái énekeltek, Carusótól Gigli-ig) indították el Luciano Pavarottit pályáján.

Kezdetben kórusokban énekelt, miközben tanárként, majd biztosítási ügynökként dolgozott (noha egy időben profi futballistának készült). 19 éves korától kezdve tanult énekelni a munka mellett, majd végül hat kemény év után 1961-ben debütált a Reggio Emilia-i operában. Két évvel később már külföldi vendégszereplésre hívták, 1965-ben pedig már Amerikában is fellépett. Újabb egy évvel később a londoni Covent Gardenben is bemutatkozott, és innentől kezdve pályája meredeken ívelt felfelé. Főként Puccini, Verdi, Donizetti műveiben érvényesültek nagyszerű képességei, főleg az, ahogyan a hangja a legfelsőbb regiszterekben is otthonosan mozgott.

Igazi sztárrá 1972-ben vált, köszönhetően annak, hogy a New York-i Metropolitan Operában kilencszer énekelte ki a magas C-t Donizetti: Az ezred lánya című operájában, és ennek eredményeként tizenhétszer hívta vissza a közönség meghajolni. Tévészereplések és rangos koncertmeghívások tucatjai következtek, és Pavarottit ekkor már a legismertebb operaénekesek között tartották számon, első Grammy-díjait is ebben az időszakban kapta, és ezeket még számos másik elismerés követte később.

A nyolcvanas években külön versenyt indított fiatal tehetségek számára, és a győztesekkel együtt lépett fel a gálaműsorban. Az 1990-es olaszországi labdarúgó világbajnokság hivatalos dalát, Puccini Nessun Dorma-ját is ő énekelte, az ária a legismertebb műsorszáma lett, ő maga pedig végképp a leghíresebb operaénekessé vált. Ugyanebben az évben állt össze először a Három Tenor, amely egyből minden idők legnagyobb példányszámban elkelt klasszikus zenei nagylemezét is elkészítette. A Három Tenor később még a három, ezt követő futball vb alkalmából is összeállt (Los Angelesben, Párizsban és Yokohamában).

Pavarotti nagyszabású szabadtéri koncertekkel is megörvendeztette híveit: 1991-ben 150 ezer néző előtt lépett fel a londoni Hyde Parkban, két évvel később pedig félmilliónál is többen hallgatták New Yorkban, a Central Parkban, de énekelt az Eiffel-torony lábánál is, 300 ezer néző előtt.

Készített közös felvételt a U2-val (a Miss Sarajevo című jótékony célú dalt), és ezenkívül is számos jótékonysági eseményen lépett föl. 2003-as Ti Adoro című lemezén többek között a legendás rockgitárossal, Jeff Beckkel is dolgozott együtt. 2004-ben búcsúturnén köszönt el a közönségtől világszerte, noha alkalmanként még fellépett, így a 2006-os torinói téli olimpia nyitóünnepségén.

Ekkorra már azonban főleg egészségi problémái miatt került a hírekbe, főleg, miután 2006 nyarán hasnyálmirigyrákot diagnosztizáltak nála az orvosok. Pavarotti magas láz miatt idén augusztusban kórházba került, s kétheti kivizsgálás és kezelés után 25-én távozott onnan. Utolsó napjaiban modenai otthonában foglalkoztak vele a szakorvosok.