Mao syntyi 26. joulukuuta 1893 talonpoikaisperheeseen Shaoshanin kylässä Hunanin maakunnassa. Hänen isänsä oli tiukka kurinpitäjä, ja Mao kapinoi usein hänen auktoriteettiaan vastaan. Maon varhaiskasvatus perustui Kiinan historian, kirjallisuuden ja filosofian konfutselaisiin klassikoihin, mutta varhaiset opettajat tutustuttivat hänet myös K’ang Yu-wein kaltaisten edistyksellisten konfutselaisten uudistajien ajatuksiin. Vuonna 1911 Mao muutti maakunnan pääkaupunkiin Changshaan, jossa hän palveli lyhyen aikaa sotilaana tasavaltalaisessa armeijassa vuoden 1911 vallankumouksessa, joka kaatoi Qing-dynastian. Changshassa ollessaan Mao luki länsimaista filosofiaa käsitteleviä teoksia; häneen vaikuttivat suuresti myös edistysmieliset sanomalehdet ja sellaiset lehdet kuin New Youth, jonka oli perustanut vallankumousjohtaja Chen Duxiu.
Vuonna 1918 valmistuttuaan Changshassa sijaitsevasta Hunanin opettajakorkeakoulusta Mao matkusti Pekingiin ja sai töitä Pekingin yliopiston kirjastosta johtavan kirjastonhoitajan Li Dazhaon alaisuudessa. Mao liittyi Li:n opintoryhmään, joka tutki marxilaista poliittista ja yhteiskunnallista ajattelua, ja hänestä tuli marxilaisten kirjoitusten innokas lukija. Vuoden 1919 toukokuun neljännen liikkeen aikana, jolloin opiskelijat ja intellektuellit vaativat Kiinan modernisointia, Mao julkaisi artikkeleita, joissa kritisoitiin konfutselaisuuden perinteisiä arvoja. Hän korosti fyysisen voiman ja henkisen tahdonvoiman merkitystä taistelussa perinteitä vastaan. Pekingissä hän myös tapasi ja meni naimisiin ensimmäisen vaimonsa Yang Kaihuin kanssa, joka oli Pekingin yliopiston opiskelija ja Maon lukion opettajan tytär. (Kun Mao oli 14-vuotias, hänen isänsä oli järjestänyt hänelle avioliiton paikallisen tytön kanssa, mutta Mao ei koskaan tunnustanut tätä avioliittoa.)
Vuonna 1920 Mao palasi Changshaan, jossa hänen yrityksensä järjestää Hunanin maakuntaan demokraattinen hallitus epäonnistui. Vuonna 1921 hän matkusti Shanghaihin ja oli läsnä Kiinan kommunistisen puolueen (KKP) perustamiskokouksessa, johon osallistuivat myös Li Dazhao ja Chen Duxiu. Sen jälkeen Mao perusti KKP:n osaston Hunaniin ja järjesti työläisten lakkoja koko maakunnassa. Tuohon aikaan sotapäälliköt hallitsivat suurta osaa Pohjois-Kiinasta. Sotaherrojen kukistamiseksi Sun Yat-senin Kuomintang-puolue (KMT) liittoutui KKP:n kanssa vuonna 1923. Mao liittyi KMT:hen ja toimi sen keskuskomiteassa, vaikka hän säilytti KKP:n jäsenyytensä.
Vuonna 1925 Mao järjesti talonpoikaisyhdistyksiä kotikaupungissaan Shaoshanissa. Talonpoikataustansa vuoksi hänet nimitettiin vuonna 1926 sekä KKP:n että KMT:n talonpoikaiskomissioiden johtajaksi. Vuonna 1927 Mao kirjoitti asiakirjan ”Report on an Investigation of the Peasant Movement in Hunan”, jossa hän julisti, että talonpojat olisivat vallankumouksen päävoima. Koska tämä näkemys oli vastoin ortodoksista marxismia, jonka mukaan työläiset olivat vallankumouksen perusta, ja koska talonpoikaiskapina olisi vieraannuttanut KMT:n, KKP hylkäsi Maon ajatukset.
KMT erosi KKP:stä vuonna 1927, ja KMT:n johtaja Tšiang Kai-šek, joka oli ottanut KMT:n vallan haltuunsa Sun Yat-senin kuoltua vuonna 1925, käynnisti väkivaltaisen puhdistustoimenpiteen kommunisteja vastaan. Syksyn sadonkorjuukapinana tunnetuissa taisteluissa Mao johti pientä talonpoikaisarmeijaa Hunanissa paikallisia maanomistajia ja KMT:tä vastaan. Hänen joukkonsa kukistettiin, ja Mao vetäytyi etelään vuoristoiseen Jiangxin maakuntaan, jonne hän perusti vuonna 1929 tukikohdan, joka tunnetaan nimellä Jiangxin neuvosto. Siellä Mao kokeili maaseudun maareformia ja värväsi joukkoja kommunistiseen armeijaan, joka tunnettiin nimellä Punainen armeija. Työskennellessään puna-armeijan kenraali Zhu De:n kanssa Mao kehitti uuden sissisotataktiikan, joka veti KMT:n joukot syvälle vihamieliselle maaseudulle, jossa talonpojat ahdistivat niitä ja puna-armeija tuhosi ne. Mao avioitui Jiangxissa ollessaan He Zizhenin kanssa sen jälkeen, kun KMT:n joukot olivat tappaneet hänen ensimmäisen vaimonsa.
Chiang oli päättänyt eliminoida kommunistit, ja vuonna 1934 hän tehosti tuhoamiskampanjaansa piirittämällä Jiangxin Neuvostoliiton. Mao ja hänen seuraajansa murtautuivat Chiangin saarron läpi ja aloittivat 9 600 kilometrin (6 000 mailin) pitkän marssin syrjäiseen Yan’anin kylään Pohjois-Kiinassa. Matkan varrella marssijat pysähtyivät Zunyissa, jossa kommunistiset huippuvirkamiehet kokoontuivat keskustelemaan KKP:n tulevaisuudesta. Maon talonpoikaiskapinan suunnitelmaa ja Kiinan sotilasstrategiaa vastustavia arvosteltiin, kun taas Mao ja hänen kannattajansa saivat valtaa ja arvostusta. Zunyin konferenssi, kuten kokous tuli tunnetuksi, oli ratkaiseva käännekohta Maon nousussa KKP:n johtoon.
Yan’anissa sijaitsevasta tukikohdastaan käsin Mao johti kommunistien vastarintaa japanilaisia vastaan, jotka olivat hyökänneet Mantsuriaan vuonna 1931 ja Kiinaan vuonna 1937. Vaikka KKP liittoutui väliaikaisesti uudelleen KMT:n kanssa pysäyttääkseen Japanin hyökkäyksen, suurin osa Japanin vastarinnasta Pohjois-Kiinassa tuli kommunisteilta. KKP organisoi taitavasti talonpoikaisväestön ja kasvatti puna-armeijan rivejä. Mao lujitti edelleen johtoasemaansa KKP:ssä vuonna 1942 käynnistämällä ”oikaisukampanjan” KKP:n jäseniä vastaan, jotka olivat eri mieltä hänen kanssaan. Heidän joukossaan oli ”palannut bolshevikki” Wang Ming, joka oli opiskellut Sosialististen neuvostotasavaltojen liitossa (Neuvostoliitto), ja muita, kuten kirjailijat Wang Shiwei ja Ding Ling. Myös Yan’anissa ollessaan Mao erosi He Zizhenistä ja meni naimisiin näyttelijä Lan Pingin kanssa, josta tuli Jiang Qing ja jolla oli yhä tärkeämpi rooli puolueessa vuoden 1964 jälkeen.
Vuonna 1945, pian Japanin antauduttua toisessa maailmansodassa, puhkesi sisällissota KKP:n ja KMT:n joukkojen välillä. KKP, jolla oli talonpoikien massatuki ja hyvin kurinalainen puna-armeija, voitti KMT:n vuonna 1949. Lokakuun 1. päivänä Mao julisti Kiinan kansantasavallan (Kiinan kansantasavallan) perustamisen Tiananmenin aukiolla Pekingissä.
Mao ja KKP saivat perinnöksi köyhyyden runteleman maan, joka oli sodan runtelema ja poliittisesti sekaisin. KKP:n puheenjohtajana Mao johti Kiinan kansantasavallan jälleenrakennusta. Neuvostoliiton sosialistisen yhteiskunnan rakentamisen mallin mukaisesti Mao määräsi maan uudelleenjaon, maanomistajien hävittämisen maaseudulta ja raskaan teollisuuden perustamisen kaupunkeihin. Koko tämän ajan Mao tukeutui voimakkaasti Neuvostoliiton apuun ja asiantuntemukseen. Yhdysvalloista tuli Maon vihollinen erityisesti Korean sodassa (1950-1953), jossa noin miljoona kiinalaista sotilasta kuoli taistellessaan Pohjois-Korean puolesta, mukaan lukien Maon oma poika Mao Anying. Mao pelkäsi vihollisen soluttautumista ja pyrki varmistamaan Kiinan poliittisen yhtenäisyyden. Mao käynnisti useita joukkokampanjoita pettureiden ja korruption kitkemiseksi, mukaan lukien ”vastavallankumouksellisten tukahduttaminen”, ”Kolme-Anti” ja ”Viisi-Anti” -kampanjat. Kampanjat, joihin kuului ihmisten yksityiselämän intensiivinen tutkiminen, jättivät vain harvat Kiinan kansalaiset koskematta. Vuoden 1957 ”Sata kukkaa” -liikkeessä Mao rohkaisi älymystöä arvostelemaan KKP:tä uskoen, että kritiikki olisi vähäistä. Kun näin ei käynyt, hän käynnisti ”oikeistovastaisen” kampanjan, jossa hän kääntyi nopeasti niiden kimppuun, jotka olivat puhuneet asiasta, leimasi heidät oikeistolaisiksi ja vangitsi tai karkotti monia.
Maon varhaiset kokemukset talonpoikien vallankumouksesta saivat hänet vakuuttuneeksi talonpoikien voiman valtavasta potentiaalista. Hän uskoi, että oikein organisoituna ja innostettuna kiinalaiset joukot voisivat saada aikaan hämmästyttäviä urotekoja. 1950-luvun puolivälistä alkaen Mao kannatti maatalouskommuunien nopeaa muodostamista väittäen, että kansan energia voisi auttaa Kiinaa saavuttamaan kommunistisen kehityksen korkean tason. Tämä ideologia räjähti Suuressa harppauksessa eteenpäin vuonna 1958. Mao kehotti kaikkia kiinalaisia ryhtymään innokkaaseen ruumiilliseen työhön talouden muuttamiseksi ja länsimaiden ohittamiseksi teollisuus- ja maataloustuotannossa muutamassa vuodessa. Peläten tuottavansa pettymyksen johtajilleen talonpojat väärensivät viljan tuotantolukuja. Useat huonot sadot aiheuttivat massiivisen nälänhädän ja miljoonien ihmisten kuoleman kaikkialla Kiinassa.
Maon politiikka oli epäonnistunut, mutta häntä suoraan arvostelleet hallituksen jäsenet, kuten Peng Dehuai, nöyryytettiin ja erotettiin virastaan. Hallituksen ulkopuolelta tuleva Maon kritiikki vaimeni myös siksi, että koulutettu eliitti muisti vuoden 1957 ”Sadan kukan” ja ”oikeiston vastaisen” kampanjan aiheuttamat myllerrykset. Maon suhde älymystöön oli epämiellyttävä, ja hän suhtautui kriittisesti kuiluun kaupunkien koulutetun eliitin ja maaseudun massojen elämän välillä. Nämä jännitteet olivat yksi Maon vuonna 1966 aloittaman kulttuurivallankumouksen, yhteiskunnallisten levottomuuksien ja poliittisen vainon kauden, taustalla olevista syistä. Mao mobilisoi nuoria punakaartiin hyökkäämään poliittisia kilpailijoitaan vastaan, mukaan lukien hänen valitsemansa seuraaja Liu Shaoqi. Kansan vapautusarmeijan johtajan Lin Biaon avulla Mao vakiinnutti asemansa jumalallisena kulttihahmona. Kaikkia kiinalaisia kehotettiin lukemaan Puheenjohtaja Maon sitaatteja (tunnetaan nimellä Maon Pieni punainen kirja), ja Maon kirjoitukset nostettiin erehtymättömäksi filosofiseksi järjestelmäksi nimeltä ”Mao Zedongin ajatus”. Vaikka Maosta tuli laajalti kunnioitettu, hänen kulttuurivallankumouspolitiikkansa johti katastrofaaliseen kuolemaan ja tuhoon kaikkialla Kiinassa. Hän kuoli Parkinsonin tautiin 9. syyskuuta 1976. Kansallisessa puoluekokouksessa vuonna 1977 KKP julisti kulttuurivallankumouksen virallisesti päättyneen lokakuussa 1976.
Maon kuoleman jälkeen hänen seuraajansa Deng Xiaoping arvioi uudelleen hänen saavutuksiaan. Maoa kiitettiin hänen panoksestaan Japanin vastaisessa vastarinnassa ja kansantasavallan perustamisessa, mutta arvosteltiin hänen virheistään Suuressa harppauksessa eteenpäin ja kulttuurivallankumouksessa. Vaikka monet kiinalaiset mustamaalaavat Maoa hänen raakuutensa vuoksi, häntä ihaillaan myös hänen voimansa vuoksi ja hänen roolistaan yhtenä 1900-luvun vaikutusvaltaisimmista historiallisista henkilöistä. Hänen jäännöksensä on sijoitettu mausoleumiin Tiananmenin aukiolla.
Maon jäännökset on sijoitettu mausoleumiin Tiananmenin aukiolle.