Học giả Đào Duy Anh sinh tại Nông Cống, Thanh Hóa nhưng nguyên quán vốn ở làng Khúc Thủy, tổng Tả Thanh Oai, huyện Thanh Oai, tỉnh Hà Đông (nay là Hà Nội).
Năm 1923, ở tuổi 19, ông tốt nghiệp Thành chung tại Trường Quốc học Huế, sau đó ông chọn làm nghề giáo học đi dạy ở Trường Tiểu học Đồng Hới (Quảng Bình) thay vì làm công chức dưới chính quyền thực dân Pháp lúc bấy giờ.
Thời điểm đó, phong trào yêu nước đang dấy lên sôi động với tiếng bom Sa Diện (Quảng Châu, Trung Quốc) của Phạm Hồng Thái năm 1924, phong trào đấu tranh đòi ân xá cho Phan Bội Châu năm 1925, đám tang Phan Chu Trinh năm 1926, những hoạt động báo chí, xuất bản tiến bộ tại các thành phố lớn, đã cuốn hút tâm trí Đào Duy Anh.
Cuối năm 1925, ông có mặt trong buổi Hội Quảng Tri Đồng Hới đón tiếp Phan Bội Châu trên đường từ Hà Nội vào Huế.
Năm 1926, ông từ chức giáo học, vào Đà Nẵng và có ý định vào Sài Gòn để có điều kiện mở mang tri thức và tiếp xúc với những hoạt động yêu nước. Từ đó, ông dấn thân vào các hoạt động chính trị, văn hóa. Trên đường vào Đà Nẵng, ông thăm cụ Phan Bội Châu đang bị giam lỏng ở chùa Phổ Quang - Huế (sau này mới chuyển đến nhà trên dốc Bến Ngự). Ông vào Quảng Nam gặp cụ Huỳnh Thúc Kháng lúc ấy đang làm Viện trưởng Viện Dân biểu Trung Kỳ. Ông giúp cụ Huỳnh sáng lập báo Tiếng dân, giữ chức Thư ký tòa soạn.
Cuối mùa hè năm 1926, Đào Duy Anh tham gia Việt Nam Cách mạng Đảng, sau đổi tên thành Tân Việt Cách mạng Đảng (tháng 07/1928) và ông trở thành Tổng Bí thư của đảng này ở tuổi 24.
Năm 1928, ông sáng lập Quan hải tùng thư, với sự cộng tác của những trí thức cấp tiến thời bấy giờ như Võ Liêm Sơn, Trần Đình Nam, Phan Đăng Lưu... xuất bản những tập sách phổ cập để người đọc làm quen với tư tưởng khoa học và tư tưởng duy vật lịch sử. Mặc dù thời gian tồn tại ngắn ngủi nhưng Nhà xuất bản này đã kịp cho ra đời 13 ấn phẩm, trong đó có những trước tác đầu tay của Đào Duy Anh.
Tháng 07 năm 1929, Đào Duy Anh bị chính quyền thực dân bắt, cho đến đầu năm 1930 mới ra khỏi nhà tù. Từ đó, ông bắt đầu chuyên tâm vào con đường hoạt động văn hóa và khoa học.
Năm 1932, ở tuổi 28, ông đã hoàn thành và xuất bản bộ từ điển Hán - Việt từ điển, trở thành một nhà từ điển học đặt cơ sở cho nền từ điển học hiện đại Việt Nam.
Năm 1936, ông lại tiếp tục cho xuất bản bộ từ điển Pháp - Việt từ điển.
Năm 1938, ông xuất bản Việt Nam văn hóa sử cương và Khổng giáo phê bình tiểu luật; trong đó, Việt Nam văn học sử cương được xem là công trình đặt nền tảng cho sự hình thành nền văn hóa học hiện đại Việt Nam.
Năm 1945, Đào Duy Anh được mời giảng dạy môn Lịch sử tại Đại học Văn khoa Hà Nội.
Năm 1946, ông là Uỷ viên Ban vận động Đại hội văn hóa toàn quốc.
Năm 1950, ông được mời ra Việt Bắc làm Trưởng Ban Sử - Địa thuộc Vụ Văn học Nghệ thuật, Bộ Giáo dục.
Năm 1952, ông về Thanh Hóa giảng dạy tại Trường Dự bị Đại học.
Năm 1954, sau khi hòa bình lập lại, ông trở về Hà Nội giảng dạy tại Trường Đại học Sư phạm và Đại học Văn khoa.
Năm 1956 - 1958, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội thành lập, ông được cử làm Chủ nhiệm Bộ môn Cổ sử Việt Nam, chăm lo công tác đào tạo và nghiên cứu khoa học. Thời gian công tác ở đây chỉ có hơn 2 năm nhưng đây là thời gian ông tập trung tất cả tâm sức vào lĩnh vực Sử học và đạt nhiều hiệu quả cao nhất. Hàng loạt công trình được ông cho xuất bản trong giai đoạn này, gồm Lịch sử Việt Nam, Cổ sử Việt Nam (cùng in trong năm 1956), Lịch sử cổ đại Việt Nam (1957) gồm 4 tập, Vấn đề hình thành của dân tộc Việt Nam (1957), và ông cũng viết lại Lịch sử Việt Nam từ nguồn gốc đến thế kỷ XIX (2 tập, 1958).
Năm 1958, ông chuyển sang Bộ Giáo dục.
Năm 1960, ông chuyển sang Viện Sử học. Từ đây, ông thôi công tác giảng dạy đại học và chuyên tâm vào một lĩnh vực phù hợp với điều kiện công tác mới. Ông đã hiệu đính và chú giải nhiều bộ sách quý đã dịch ra tiếng Việt như Lịch triều hiến chương loại chí, Đại Nam thực lục, Phủ biên tạp lục, Đại Việt sử ký toàn thư, Đại Nam nhất thống chí, Binh thư yếu lược và Hổ trướng khu cơ, Gia Định thành thông chí, Nguyễn Trãi toàn tập, ...
Năm 1965, ông nghỉ hưu nhưng vẫn tiếp tục công việc nghiên cứu và biên soạn. Trong thời gian này, ông có viết tập hồi ký Nhớ nghĩ chiều hôm (viết xong 1974, xuất bản 1989).
Ngày 01 tháng 4 năm 1988, ông qua đời tại Hà Nội, hưởng thọ 84 tuổi.
Năm 2000, ông được truy tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về 2 công trình Lịch sử cổ đại Việt Nam và Lịch sử Việt Nam từ nguồn gốc đến thế kỷ XIX.
Đào Duy Anh là một học giả uyên bác với vốn tri thức mang tính bách khoa về khoa học xã hội - nhân văn trải dài trên nhiều lĩnh vực, từ Từ điển, Ngôn ngữ, Văn hóa, Văn học đến Sử học, Khảo cổ học, Văn bản học, Dân tộc học, Địa lý học lịch sử.
Ông được xem là người đặt nền tảng cho nhiều ngành khoa học xã hội Việt Nam, đặc biệt là nền sử học và nền văn hóa học hiện đại Việt Nam
Lịch sử Việt Nam từ nguồn gốc đến thế kỷ XIX
Việt Nam văn hóa sử cương
Đất nước Việt Nam qua các đời
Lịch sử cổ đại Việt Nam 
Hán Việt từ điển 
Hồi ký Đào Duy Anh: Nhớ nghĩ chiều hôm
Trung Hoa sử cương 
Khổng giáo phê bình tiểu luận
Thế giới sử 
