Булат родился в Москве в семье коммунистов, приехавших из Тбилиси для партийной учёбы в Комакадемии. Отец — Шалва Степанович Окуджава, грузин, известный партийный деятель, мать — Ашхен Степановна Налбандян, армянка. Вскоре после рождения Булата его отец был отправлен на Кавказ работать комиссаром грузинской дивизии. Мать осталась в Москве, работала в партийном аппарате.
На учёбу Булат был отправлен в Тбилиси, учился в русском классе. Отец был повышен до секретаря Тбилисского горкома; из-за конфликта с Берией он обратился с письмом к Серго Орджоникидзе с просьбой направить его на партийную работу в Россию, и был отправлен на Урал парторгом на вагоностроительный завод. Отец Булата выписал семью к себе на Урал.
После ареста родителей в 1937 — отец был расстрелян по ложному обвинению в 1937 г., мать сослана в Карагандинский лагерь, откуда она вернулась лишь в 1955 г., — Булат с бабушкой вернулся в Москву. В 1940 г. Булат Окуджава переехал к родственникам в Тбилиси. Учился, потом работал на заводе учеником токаря.
В апреле 1942 г., в возрасте 17 лет, Окуджава пошёл на фронт добровольцем. Был направлен в 10-й Отдельный запасной минометный дивизион. Затем, после двух месяцев обучения, был отправлен на Северо-Кавказский фронт. Был минометчиком, потом радистом тяжелой артиллерии. В военных действиях участия практически не принимал; был случайно ранен под Моздоком.
После войны Окуджава поступил в Тбилисский государственный университет. Получив диплом, в 1950 г. начал работать учителем — сначала в сельской школе в селе Шамордино Калужской области, затем в Калуге.В 1955 г., под впечатлением от возвращения матери из лагеря, Булат Окуджава вступил в КПСС.
В 1956 г. Окуджава вернулся в Москву. В том же году начал выступать как автор стихов и музыки песен и их исполнять под гитару, быстро завоёвывая популярность. В конце 1950-х годов песни Окуджавы приобрели широкую популярность благодаря неповторимому языку, музыкальности, доверительности и отсутствию фальши. Став культовой приметой времени, авторская песня сплотила вокруг себя людей. В эти годы Окуджавой были написаны песни «О Леньке Королеве», «Девочка плачет — шарик улетел», «Последний троллейбус», «До свидания, мальчики» и другие произведения.
Ты течешь, как река. Странное название!
И прозрачен асфальт, как в реке вода.
Ах, Арбат, мой Арбат, ты — мое призвание.
Ты и радость моя, и моя беда.
Такое уникальное явление в современной поэзии, как поэт с гитарой сам Окуджава не считал чем-то особенным. Он никогда не писал стихотворений «на заказ». Негромкий, задушевный голос Окуджавы притягивал и заставлял вслушаться слушателей, потому что его душа и сердце безошибочно определяли важные темы для современников. Тогда же, в 1961 — 1962 годах, официальная критика осудила и многие песни Окуджавы. По мнению руководства Союза писателей России, «большинство этих песен не выражали настроений, дум, чаяний нашей героической молодёжи». В середине и конце 1960-х годов писатель не раз бравировал своей независимостью, подписывал письма в защиту Ю.Даниэля и А.Синявского, и печатался за границей. Окуджава в соавторстве с Петром Тодоровским написал сценарий к фильму «Верность», и два сценария с Ольгой Арцимович к фильмам «Частная жизнь Александра Сергеича, или Пушкин в Одессе» и «Мы любили Мельпомену...», но обе эти картины так и не были поставлены.
Для меня песни Окуджавы в начале 60-х были открытием. И я навсегда полюбил его песни и манеру исполнения. В 1970 году в прокат вышел кинофильм «Белое солнце пустыни», в котором песня «Ваше благородие, госпожа разлука» была написана на стихи Окуджавы. А в 1971 году на экраны вышел фильм «Белорусский вокзал», в котором прозвучала еще одна из известных песен Булата Шалвовича «Мы за ценой не постоим».
Находясь в Париже с частным визитом в гостях у Анатолия Гладилина, Булат Окуджава в 1995 году заболел гриппом, и его поместили в больницу. Последовали осложнения, вызванные астмой и желудочными болезнями, позже начала развиваться почечная недостаточность, и врачи сказали, что улучшения ждать невозможно, так как у Окуджавы был очень ослаблен иммунитет. Хотя Булат Шалвович не был религиозным человеком, он принял крещение в Париже всего за несколько часов до смерти, и получил благословение одного из старцев Псково-Печорской лавры, получив при крещении имя Иоанн. По странному совпадению в автобиографической прозе он предпочитал называть себя Иваном Ивановичем. Булат Окуджава скончался 12 июня 1997 года в парижском военном госпитале, и был похоронен на Ваганьковском кладбище в Москве.
На третий день после смерти Окуджавы в студии радиостанции «Эхо Москвы» Илья Мильштейн сказал: «Как минимум для трех поколений русских людей он был своим поэтом, выразителем чувств самых заветных и убеждений самых выстраданных. Его смерть — для тех, кто дожил и до этой смерти — стала личной утратой. Невосполнимой, тяжкой и горестной... У него было удивительное лицо: по-детски доверчивые глаза презрительные, насмешливые губы. В глазах отражался поэт, каким он был задуман, чистым, возвышенным и романтичным. Над жесткими складками у рта потрудились люди и годы. Так соединились в его стихах и мелодиях неповторимые интонации голоса и те несоединимые черты: беспечность и страдание, наивность и тоска, беззащитность и мудрость... Само присутствие Окуджавы в городе, в стране, на планете, чуточку облагораживало действительность. Не намного, на миллиграмм. Но пока хватало. С уходом Окуджавы, теперь уже вне всякого сомнения, в России начинается настоящая, взрослая жизнь. Без Бумажных Солдатиков, Милосердных Сестер и Зеленоглазого Бога. Без жалости, без надежды и без пощады. А простодушная мудрость наша, детская доверчивость и насмешливая любовь умерли 12-го... во французском военном госпитале...»