大阪府立大学工学部電気工学科を卒業後、メーカーでエンジニアとして勤務する傍ら創作活動を始め、1985年に『放課後』で江戸川乱歩賞を受賞し、作家デビューを果たした。1999年には長編小説『秘密』で日本推理作家協会賞を受賞した。2005年に発表された代表作『容疑者Xの献身』は、数学の才能を持つ高校教師が仕掛けた完全犯罪に、旧友で物理学者の湯川学が挑む本格ミステリー。緻密な謎解きと切ない人間ドラマが高く評価され、第134回直木賞と本格ミステリ大賞を同時受賞した。同作を含む「ガリレオ」シリーズは俳優・福山雅治さん主演でドラマ化・映画化され、大きな反響を呼んだ。このほか、「加賀恭一郎」シリーズや「マスカレード」シリーズなど、多くの人気作品を発表。ミステリーを中心に100作を超える小説を世に送り出し、日本を代表する作家の一人として幅広い世代に親しまれた。2012年には『ナミヤ雑貨店の奇蹟』で中央公論文芸賞、2013年には『夢幻花』で柴田錬三郎賞、2014年には『祈りの幕が下りる時』で吉川英治文学賞を受賞。2023年には国内累計発行部数が1億部を突破し、紫綬褒章と菊池寛賞を受章・受賞するなど、その功績が高く評価された。また、2009年から2013年まで日本推理作家協会理事長、2014年から2019年まで直木賞選考委員を務め、日本の文学界の発展にも尽力した。なお、8月5日には「ガリレオ」シリーズの最新長編『永遠の記憶』の刊行が予定されていた。