Родился 1 января 1919 г. в с. Волынь Курской губернии (ныне - Курская область) в семье лесника. В автобиографии писателя, хранящейся в составе личного дела в архиве Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, в качестве даты рождения указано 1 января 1918 г. Когда ему было семь лет, с матерью переехал в Ленинград (ныне - Санкт-Петербург).
Настоящая фамилия - Герман.
В 1940 г. окончил электромеханический факультет Ленинградского политехнического института им. М. И. Калинина (ныне - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого), после чего работал инженером на Кировском заводе.
В 1941 г. ушел на фронт добровольцем в составе народного ополчения завода. Воевал на Ленинградском и Прибалтийском фронтах, был старшим политруком Второго отдельного ремонтно-восстановительного батальона 42-й армии Ленинградского фронта. В 1943 г. был направлен на учебу в Ульяновское танковое училище (ныне - Ульяновское гвардейское суворовское военное училище), после окончания которого служил в танковых войсках. Конец войны встретил в Ленинграде, куда был отозван по приказу Государственного комитета обороны для помощи в восстановлении энергетического хозяйства города.
После окончания войны Даниил Гранин работал в Ленэнерго. Также учился в аспирантуре при Ленинградском политехническом институте, опубликовал несколько статей по электротехнике.
С 1950-х гг. Даниил Гранин вел профессиональную литературную деятельность. Первые публикации - рассказы о Парижской коммуне – были напечатаны в журнале "Резец" еще до войны, в 1937 г. На основе этих произведений Гранин в 1951 г. создал историческую повесть "Ярослав Домбровский". Сам писатель своим творческим дебютом считал рассказ об аспирантах "Вариант второй", опубликованный в 1949 г. в литературном журнале "Звезда". В том же году он взял псевдоним Гранин по просьбе своего однофамильца, известного писателя Юрия Германа (1910-1967), заведовавшего в "Звезде" отделом прозы. Затем были напечатаны повесть Гранина "Победа инженера Корсакова" (другое название - "Спор через океан", 1949) и рассказы о строителях Куйбышевской ГЭС "Новые друзья" (1952).
Известность писателю принес роман "Искатели" (1955). В 1956 г. эта история об изобретателе Андрее Лобанове была экранизирована режиссером Михаилом Шапиро. Судьбам ученых были посвящены и два следующих романа: "После свадьбы" (1958) и "Иду на грозу" (1962). В дальнейшем были написаны документально-художественные повести о биологах Александре Любищеве ("Эта странная жизнь", 1974) и Николае Тимофееве-Ресовском ("Зубр", 1987), создателях атомной бомбы ("Выбор цели", 1975) и другие произведения о людях науки.
Теме Великой Отечественной войны посвящены повести "Наш комбат" (1968) и "Клавдия Вилор" (1976). В 1977-1981 гг. Даниил Гранин в соавторстве с писателем Алесем Адамовичем создал документальную хронику о Ленинграде времен войны "Блокадная книга". Она была частично напечатана в 1977 г. в журнале "Новый мир", полностью опубликована в 1984 г., переиздана в 2013 г. Военной тематике также посвящен роман "Мой лейтенант…" (2011).
Даниил Гранин опубликовал книги воспоминаний "Причуды моей памяти" (2009), "Все было не совсем так" (2010), "Заговор" (2014), "Человек не отсюда" (2014).
По его произведениям и сценариям сняты фильмы "Иду на грозу" (1965, режиссер Сергей Микаэлян), "Первый посетитель" (1965, Леонид Квинихидзе), "Выбор цели" (1974, Игорь Таланкин) и "Однофамилец" (1978, Ольгерд Воронцов), сериалы "Картина" (1985, Булат Мансуров), "Поражение" (1987, Булат Мансуров), "Петр Первый. Завещание" (2011, Владимир Бортко).
В октябре 1993 г. подписал публичное обращение группы известных литераторов к соотечественникам (так называемое письмо 42-х), содержавшее призыв распустить и запретить "все виды коммунистических и националистических партий, фронтов и объединений".
В 2014 г. в возрасте 95 лет произнес в парламенте Германии речь, посвященную блокаде Ленинграда. Выступление писателя состоялось в рамках "Часа памяти", ежегодно проводимого в Бундестаге.
Даниил Гранин скончался 4 июля 2017 г. в Санкт-Петербурге на 99-м году жизни. Похоронен на Комаровском поселковом кладбище под Санкт-Петербургом.
Был первым секретарем Ленинградского отделения Союза писателей РСФСР (1967-1971), неоднократно избирался членом правления и секретарем правления Союза писателей РСФСР и СССР. В 1989 г. стал одним из основателей Советского ПЕН-Центра, был избран его председателем.
Даниил Гранин также занимался общественной деятельностью. Был народным депутатом СССР (1989-1991). В конце 1980-х гг. стал одним из инициаторов создания ленинградского общества "Милосердие". Возглавлял Общество друзей Российской национальной библиотеки, являлся председателем правления Международного благотворительного фонда им. Д. С. Лихачева.
Герой Социалистического Труда (1989).
Лауреат Государственной премии СССР в области литературы, искусства и архитектуры (1978), премии президента Российской Федерации в области литературы и искусства 1998 г., Государственной премии РФ в области литературы и искусства 2001 г., премии правительства России в области культуры 2014 г., Государственной премии РФ за выдающиеся достижения в области гуманитарной деятельности 2016 г.
Был награжден орденами Ленина (1984, 1989), Красной звезды (1942), Трудового Красного Знамени (1967), Дружбы народов (1979), Отечественной войны II степени (1985), "За заслуги перед Отечеством" III степени (1999), Святого апостола Андрея Первозванного (2008), Александра Невского (2013) и др. Имел офицерский крест ордена "За заслуги перед Федеративной Республикой Германия". Был отмечен благодарностью президента РФ (2003).
Являлся почетным гражданином Санкт-Петербурга (2005).
Был удостоен премии имени Александра Меня (2004), литературной Бунинской премии (2011), Царскосельской художественной премии (2012). В 2012 г. в рамках конкурса "Большая книга" получил первую премию за роман "Мой лейтенант…" и специальный приз "За честь и достоинство".
Был женат на Римме Майоровой (1918-2004). Дочь - Марина Чернышева (род. 1945).