Paul Ehrlich nació el 14 de marzo de 1854 en Strehlen, Alemania. Ya como alumno y estudiante de medicina se interesó por la coloración de las sustancias tisulares microscópicas. En su tesis doctoral en la universidad de Leipzig retomó el tema («Beiträge zur Theorie und Praxis der histologischen Färbung»). Tras su formación clínica y habilitación («Das Sauerstoffbedürfnis des Organismus») en la Charité de Berlín en 1887, recibió una llamada de Robert Koch para incorporarse al Instituto de Enfermedades Infecciosas de Berlín (1891).
Paul Ehrlich superó la enfermedad de la tuberculosis, con la que se infectó en Egipto. A partir de entonces trabajó con su amigo Emil Adolf von Behring para contribuir al desarrollo del suero de la difteria que ayudaría contra dichas enfermedades respiratorias.
Estos trabajos sirvieron de inspiración para su famosa teoría de la cadena lateral (Seitenkettentheorie) de 1897. Esta teoría explicaba los efectos del suero y permitía medir la cantidad de antígeno. En 1896, Ehrlich se convirtió en director del recién fundado Instituto Real de Investigación y Examen del Suero (Königlichen Instituts für Serumforschung und Serumprüfung) en Steglitz (Berlín). Allí continuó sus trabajos sobre inmunología y hemolisinas; estos estudios desembocaron finalmente en su teoría de la cadena lateral de la inmunidad. En 1899, el instituto se trasladó a Fráncfort (Meno) y se convirtió en el Instituto de Terapia Experimental (Institut für experimentelle Therapie). Aquí Ehrlich investigó la quimioterapia y las enfermedades infecciosas. En 1904, Ehrlich se convirtió en profesor honorario de la Universidad de Göttingen.
Paul Ehrlich recibió el Premio Nobel de Medicina junto con Elie Metschnikoff en 1908 por sus investigaciones sobre la inmunidad. En 1906, descubrió la fórmula estructural del atoxilo, un compuesto químico que había demostrado ser capaz de tratar la enfermedad del sueño. Tras este descubrimiento, intentó crear una versión menos tóxica del medicamento. En 1909, él y su estudiante Sahachiro Hata desarrollaron el Salvarsan, un medicamento para la enfermedad del sueño, la sífilis y otras enfermedades epidémicas.
El gobierno prusiano le rindió homenaje en 1911, cuando fue elegido para el rango más alto de Excelencia en el Consejo Médico Privado. Unos años más tarde, Ehrilch murió el 20 de agosto de 1915, a la edad de 61 años.
Su vida está representada en la película La bala mágica, que se centra en Salvarsan® (arsfenamina, «compuesto 606»), su cura para la sífilis. Su trabajo permitió concienciar sobre la existencia de la barrera hematoencefálica, una barrera física entre los vasos sanguíneos del sistema nervioso central.
El concepto de «bala mágica» proviene de la experiencia de los químicos alemanes del siglo XIX con la tinción selectiva de tejidos para el examen histológico y, en particular, con la tinción selectiva de bacterias (Ehrlich era un químico histológico excepcionalmente dotado e inventó la técnica precursora de la tinción de bacterias de Gram). Ehrlich pensó que si se podía hacer un compuesto que se dirigiera selectivamente a un organismo causante de una enfermedad, entonces se podría suministrar una toxina para ese organismo junto con el agente de selectividad. De este modo, se crearía una bala mágica que mataría sólo al organismo objetivo.