Родился 15 февраля 1906 г. в дер. Мустафино Оренбургской губернии в крестьянской семье.
С 1914 г. учился в Оренбурге в медресе "Хусаиния". После Октябрьской революции 1917 г. оно было реорганизовано в Учительский институт им. А. Г. Хусаинова, а в 1919 г. - в Татарский институт. В подростковом возрасте начал писать стихи на татарском языке. Первая публикация состоялась в 1919 г. в оренбургской большевистской газете "Кызыл юлдуз" ("Красная звезда") - печатном органе политического управления Туркестанского фронта.
В 1919 г. Муса Джалиль вступил в Российский коммунистический союз молодежи. Участвовал в Гражданской войне на стороне большевиков, воевал против Оренбургской казачьей армии генерала Александра Дутова.
В 1923-1925 гг. учился в Казани на рабочем факультете при Восточно-педагогическом институте. В 1925 г. в этом же городе был издан его первый поэтический сборник "Мы идем", основу которого составляли произведения о революционном движении и Гражданской войне.
В 1925-1926 гг. работал инструктором в Орском уездном комитете комсомола, в 1926-1927 гг. - в Оренбургском губернском комитете комсомола.
В 1927 г. Муса Джалиль поступил на литературный факультет Московского государственного университета (с 1940 г. вуз носит имя М. В. Ломоносова). С 1927 по 1931 г. работал в Центральном комитете Всесоюзного ленинского коммунистического союза молодежи (ЦК ВЛКСМ). В 1929 г. в Москве вышел его второй поэтический сборник - "Товарищу" (как и первый, на татарском языке). В нем преобладали стихи о строительстве социализма.
В 1931 г. Муса Джалиль окончил литературный факультет Московского государственного университета.
В 1931-1932 гг. был редактором татарских детских журналов, издававшихся при ЦК ВЛКСМ. С 1933 г. работал заведующим отделом литературы и искусства татарской газеты "Коммунист", выходившей в Москве.
В 1934 г. издал в Казани сборник "Орденоносные миллионы" о рабочих-комсомольцах.
С 1935 г. Муса Джалиль заведовал литературной частью татарской оперной студии, образованной при Московской государственной консерватории им. П. И. Чайковского.
В 1939-1941 гг. был ответственным секретарем Союза писателей Татарской АССР, заведующим литературной частью Татарского оперного театра (Казань).
Писал песни, стихи, поэмы, пьесы, публицистику. На основе его поэм "Алтынчеч" и "Ильдар" композитор Назиб Жиганов написал оперы.
В 1941 г. Муса Джалиль был призван в Красную армию. Воевал на Ленинградском и Волховском фронтах, с апреля 1942 г. являлся штатным корреспондентом газеты 2-й ударной армии Волховского фронта "Отвага".
В 1942 г. во время Любанской наступательной операции советских войск был тяжело ранен и попал в плен. Был зачислен в "культурно-просветительский" сектор легиона "Идель-Урал", созданного немцами из представителей поволжских народов. На территории Польши, где формировался легион, организовал среди его членов подпольную группу, устраивал побеги военнопленных. Под видом отбора самодеятельных артистов для легиона Муса Джалиль ездил по концлагерям и вербовал новых членов подпольной группы. Поддерживал связь с интернациональной подпольной организацией "Берлинский комитет ВКП(б)", которую возглавлял Николай Бушманов.
В августе 1943 г. Муса Джалиль был арестован гестапо. Содержался в берлинской тюрьме Моабит. Был казнен 25 августа 1944 г. в берлинской тюрьме Плетцензее в возрасте 38 лет.
В 1946 г. в Министерстве государственной безопасности СССР было заведено розыскное дело на Мусу Джалиля. Он обвинялся в измене Родине и пособничестве врагу. В апреле 1947 г. его имя было включено в список особо опасных преступников.
В 1946 г. бывший военнопленный принес в Союз писателей Татарской АССР блокнот с 60 стихами Джалиля, доказывавшими антифашистскую деятельность поэта и его подпольной группы. Затем из Бельгии была прислана еще одна тетрадь. В 1953 г. после смерти Иосифа Сталина несколько стихотворений Мусы Джалиля были напечатаны в "Литературной газете" (должность главного редактора занимал Константин Симонов). В том же году сборник стихотворений Джалиля, получивший название "Моабитская тетрадь", был опубликован на татарском языке. Вскоре вышло его русскоязычное издание. "Моабитская тетрадь" была воспринята как поэтическое свидетельство героизма и стойкости автора, его свободолюбия и ненависти к фашизму. В 1956 г. Муса Джалиль был посмертно удостоен звания Героя Советского Союза, в 1957 г. - Ленинской премии.
Был женат на Амине Сайфуллиной. В 1937 г. в семье родилась дочь Чулпан (выпускница филологического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, заслуженный работник культуры России).