Paul Ehrlich werd geboren op 14 maart 1854 in Strehlen, Duitsland. Reeds als leerling en student in de geneeskunde was hij geïnteresseerd in het kleuren van microscopische weefselstoffen. In zijn dissertatie aan de universiteit van Leipzig pakte hij het onderwerp weer op (“Beiträge zur Theorie und Praxis der histologischen Färbung”). Na zijn klinische opleiding en habilitatie (“Das Sauerstoffbedürfnis des Organismus”) aan de Charité te Berlijn in 1887, ontving hij een oproep van Robert Koch om zich aan te sluiten bij het Instituut voor Infectieziekten te Berlijn (1891).
Paul Ehrlich overwon de tuberculoseziekte, waarmee hij in Egypte was besmet. Daarna werkte hij samen met zijn vriend Emil Adolf von Behring aan de ontwikkeling van het difterie-serum dat zou helpen tegen dergelijke aandoeningen van de luchtwegen.
Deze werken waren de inspiratiebron voor zijn beroemde zijkettingtheorie (Seitenkettentheorie) uit 1897. Deze theorie verklaarde de werking van serum en maakte het mogelijk de hoeveelheid antigeen te meten. In 1896 werd Ehrlich directeur van het pas opgerichte Koninklijk Instituut voor Serumonderzoek en -onderzoek (Königlichen Instituts für Serumforschung und Serumprüfung) in Steglitz (Berlijn). Daar zette hij zijn werk op het gebied van immunologie en hemolysinen voort; deze studies leidden uiteindelijk tot zijn zijkettingtheorie van de immuniteit. In 1899 werd het instituut verplaatst naar Frankfurt (Main) en uitgebreid tot het Instituut voor Experimentele Therapie (Institut für experimentelle Therapie). Hier deed Ehrlich onderzoek naar chemotherapie en infectieziekten. In 1904 werd Ehrlich honorair hoogleraar aan de universiteit van Göttingen.
Paul Ehrlich kreeg in 1908 samen met Elie Metschnikoff de Nobelprijs voor geneeskunde voor hun onderzoek naar immuniteit. In 1906 ontdekte hij de structuurformule van atoxyl, een chemisch bestanddeel waarvan was aangetoond dat het slaapziekte kon behandelen. Na deze ontdekking probeerde hij een minder giftige versie van het geneesmiddel te maken. In 1909 ontwikkelde hij samen met zijn leerling Sahachiro Hata Salvarsan, een geneesmiddel tegen slaapziekte, syfilis en andere epidemische ziekten.
Hij werd geëerd door de Pruisische regering in 1911, toen hij werd verkozen tot de hoogste rang van Excellentie in de Privaat Medische Raad. Een paar jaar later stierf Ehrilch op 20 augustus 1915, op 61-jarige leeftijd.
Zijn leven is uitgebeeld in de film The Magic Bullet, die zich richtte op Salvarsan® (arsphenamine, “compound 606”), zijn geneesmiddel tegen syfilis. Zijn werk maakte hem bewust van het bestaan van de bloed-hersenbarrière, een fysieke barrière tussen de bloedvaten in het centrale zenuwstelsel.
Het “magic bullet” concept komt van de ervaring van 19e eeuwse Duitse chemici met het selectief kleuren van weefsels voor histologisch onderzoek, en in het bijzonder, het selectief kleuren van bacteriën (Ehrlich was een uitzonderlijk begaafd histologisch chemicus, en vond de voorloper techniek voor Gram kleuring van bacteriën uit). Ehrlich bedacht dat als een verbinding kon worden gemaakt die selectief was gericht op een ziekteverwekkend organisme, dat dan samen met de selectiviteitsstof een toxine voor dat organisme kon worden toegediend. Zo zou een magische kogel ontstaan die alleen het doelorganisme zou doden.