1858. december 22-én született a toszkánai Luccában. Dédapja zenekarában Paganini, „az ördög hegedűse” volt az elsőhegedűs, nagyapja operákat írt. Zeneiskolai igazgató és orgonaművész apját korán elvesztette, zenei tanítását így szigorú nagybátyja, majd apja egykori tanára irányította. A fiatal Puccini azzal keresett pénzt, hogy táncmulatságokon zongorázott és templomokban orgonált, szegénysége miatt királyi ösztöndíjasként került a milánói konzervatóriumba.
A konzervatóriumot három helyett két év alatt végezte el, ekkor kötött barátságot Mascagnival és Leoncavallóval. Tanára volt a zeneszerző Ponchielli, aki beajánlotta a zenekiadókhoz és megismertette a librettista Ferdinando Fontanával. Az ő szövegkönyvére írta a Lidércek című első operáját.
A következő, Edgar című operája azonban csak lassan készült, komponálás közben elvesztette édesanyját, egy férjes asszonnyal folytatott viszonya miatt botrányba keveredett, és pénzügyi nehézségei támadtak, nem csoda, hogy műve langyos fogadtatásban részesült. Az opera egy részletét később a Toscában használta fel, temetésén az Edgar rekviemjét játszotta a zenekar, Toscanini vezényletével.
Az igazi áttörést 1893-ban a Prévost abbé regénye nyomán készült Manon Lescaut hozta meg számára, ebben már Giuseppe Giacosa és Luigi Illica librettistákkal dolgozott, akik később a Bohémélet, a Tosca és a Pillangóasszony szövegkönyvét is jegyezték. A siker végre gazdag emberré tette, a jogdíjakból villát vásárolt, és feleségül vette szerelmét.
Művészetére elsősorban az olasz operahagyományok, Verdi és Wagner mellett a francia nagyopera hatott, késői művei Richard Strauss és Debussy nyomát is magukon viselik. Műveire jellemző a recitativókat felváltó bel canto, a kiváló dramaturgiai érzék (operáinak látványos nagyjelenetei miatt – Cavaradossi sikoltásai a Toscában, a véres kártyajátszma A Nyugat lányában – a maga korában igaztalan támadásoknak volt kitéve), az érzelmi gazdagság, a bravúrosan gazdag hangszerelés, az áradó melodika.
Témáit a mindennapi életből vette, főszereplője sokszor a saját zenei témával rendelkező, mélyen érző „szenvedő asszony” (Manon, Mimi, Madame Butterfly, Liu).
Érett operái közül 1896-ban került először színre a hétköznapi témát feldolgozó Bohémélet, majd 1900-ban a Tosca. Érdekesség, hogy a Pillangóasszony első, kétfelvonásos változata 1904-ben az operairodalom egyik legnagyobb bukásának bizonyult, de a két hét alatt átdolgozott, háromfelvonásos verzió egyik legtöbbet játszott műve lett. A Nyugat lánya (1910) az egyetlen Puccini-mű, amelyet a New York-i Metropolitanben mutattak be, a premieren Arturo Toscanini vezénylete mellett a nagy olasz tenor, Caruso énekelt. A mű különleges helyet foglal el a szerző életművében, vidám befejezésével, független, életerős és életben maradó főhősnőjével kivételt képez. 1917-ben Monte-Carlóban mutatták be A fecske című, a bécsi operettek mintájára készült, könnyedebb hangvételű alkotását (kizárólag ebbe a művébe komponált tangót, polkát és foxtrottot).
Az egyszerre több betegséggel, cukorbajjal és a dohányzás miatt torokfájdalommal küszködő Puccini 1918-ban készült el Triptichonjával, három egyfelvonásos operájával (A köpeny, Angelica nővér, Gianni Schicchi). (A Triptichon világpremierjét 1918-ban tartották a New York-i Metropolitanben, a budapesti Operaházban 1922-ben mutatták be.) Gyengülő fizikai állapota ellenére szinte élete végéig megtartotta azt a szokását, hogy ahol lehetett, jelen volt operái bemutatóján, s figyelemmel követte azok sorsát.
Ebben hangzik fel az egyik legismertebb és legnépszerűbb ária, a Nessun dorma is. A művet vázlatai alapján Franco Alfano fejezte be.
Puccini 1924. november 29-én halt meg Brüsszelben, ahol gégerákját kezelték. A Turandot 1926. áprilisi bemutatóján a milánói Scalában a karmester Toscanini a harmadik felvonásban, Liu halála után a komponista által leírt utolsó ütemnél letette a pálcát, és azt mondta: „Az operának itt a vége, mert a Maestro ennél a pontnál halt meg.” A teljes mű csak a második estén hangzott el.
Puccini szerette az autókat és autókiállításokat (a századfordulón Lucca környékén csak neki volt kocsija), a motorcsónakokat, s mindkét járművel imádott száguldozni. Elbűvölte a modern technika: kertjébe esőztetőberendezést szereltetett, hogy a mesterséges eső alatt esernyővel sétálgathasson, áriáit olyan hosszúra komponálta, hogy éppen ráférjenek az akkor használt hanglemezekre, s az első olasz rádióamatőrök egyike is volt.
Portrészobrát 2013-ban avatták fel a Magyar Állami Operaházban. Luccai szülőházát múzeummá alakították át. Torre del Lagó-i villájában, ahol utolsó éveit töltötte, nevével évente operafesztivált rendeznek.
