Родился 12 января 1969 года, в городе Саутпорт, графство Мерсисайд, Великобритания. Писателем мечтал стать еще с 8 лет. Обучался в Кентском университете (город Кент, штат Огайо, США), где получил учёную степень в области английской и американской литературы. Жил в течение года на о. Сицилия (Италия), затем, в 1994 году, перебрался в город Хиросима (Япония), где преподавал английский язык японским студентам и занимался альпинизмом. Через 8 лет, Дэвид, со своей японской женой Кейко и 2 детьми, вернулся в Англию.
Написав всего несколько книг, Митчелл произвёл огромное впечатление на современную литературную сцену. Был номинирован на многочисленные международные литературные премии. Его дебютный роман «Литературный призрак», вышедший в 1999 году, был номинирован на «Guardian First Book Award». Он дважды побывал в России (в 1997 и 2013 годах).
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.
Живёт и работает со своей семьёй в городе Корк, Ирландия. В 2003 году, Митчелл вошёл в список лучших молодых британских писателей, по версии журнала «Granta». В 2007 году, он был включён в список 100 самых влиятельных людей в мире по версии журнала «Тайм». В 2012 году, его роман «Облачный атлас» был экранизирован, со многими голливудскими звёздами, в главных ролях. В мае 2016 года, Дэвид Митчелл передал библиотеке будущего рукопись своего романа «Я источаю то, что вы называете временем / From Me Flows What You Call Time», став вторым участником этого арт-проекта.
