Paul Ehrlich föddes den 14 mars 1854 i Strehlen, Tyskland. Redan som elev och student i medicin var han intresserad av att färga mikroskopiska vävnadssubstanser. I sin avhandling vid universitetet i Leipzig tog han upp ämnet igen (”Beiträge zur Theorie und Praxis der histologischen Färbung”). Efter sin kliniska utbildning och habilitering (”Das Sauerstoffbedürfnis des Organismus”) vid Charité i Berlin 1887 fick han en kallelse från Robert Koch att ansluta sig till institutet för infektionssjukdomar i Berlin (1891).
Paul Ehrlich övervann tuberkulossjukdomen, som han smittats med i Egypten. Därefter arbetade han tillsammans med sin vän Emil Adolf von Behring för att bidra till utvecklingen av difteriserummet som skulle hjälpa mot sådana luftvägssjukdomar.
Dessa arbeten var inspiration till hans berömda sidokedjeteori (Seitenkettentheorie) från 1897. Denna teori förklarade effekterna av serum och gjorde det möjligt att mäta mängden antigen. År 1896 blev Ehrlich direktör för det nygrundade kungliga institutet för serumforskning och -undersökning (Königlichen Instituts für Serumforschung und Serumprüfung) i Steglitz (Berlin). Där fortsatte han sitt arbete med immunologi och hemolysiner. Dessa studier ledde slutligen till hans sidokedjeteori om immunitet. År 1899 flyttades institutet till Frankfurt (Main) och utvidgades till institutet för experimentell terapi (Institut für experimentelle Therapie). Här forskade Ehrlich om kemoterapi och infektionssjukdomar. År 1904 blev Ehrlich hedersprofessor vid universitetet i Göttingen.
Paul Ehrlich fick Nobelpriset i medicin tillsammans med Elie Metschnikoff 1908 för sin forskning om immunitet. År 1906 upptäckte han strukturformeln för atoxyl, en kemisk förening som hade visat sig kunna behandla sömnsjuka. Efter denna upptäckt försökte han skapa en mindre giftig version av läkemedlet. År 1909 utvecklade han och hans elev Sahachiro Hata Salvarsan, ett läkemedel mot sömnsjuka, syfilis och andra epidemiska sjukdomar.
Han hedrades av den preussiska regeringen 1911, då han valdes till den högsta graden excellens i Privy Medical Council. Några år senare dog Ehrilch den 20 augusti 1915 vid 61 års ålder.
Hans liv skildras i filmen The Magic Bullet, som fokuserade på Salvarsan® (arsphenamin, ”förening 606”), hans botemedel mot syfilis. Hans arbete ökade medvetenheten om förekomsten av blod-hjärnbarriären, en fysisk barriär mellan blodkärlen i det centrala nervsystemet.
Begreppet ”magisk kula” kommer från 1800-talets tyska kemisters erfarenhet av selektiv färgning av vävnader för histologisk undersökning, och i synnerhet selektiv färgning av bakterier (Ehrlich var en exceptionellt begåvad histologisk kemist och uppfann den teknik som föregick Gramfärgningen av bakterier). Ehrlich tänkte att om man kunde tillverka en förening som selektivt riktade sig mot en sjukdomsalstrande organism, så skulle man kunna leverera ett toxin för denna organism tillsammans med det selektiva medlet. På så sätt skulle man kunna skapa en magisk kula som endast dödade den organism som man hade siktet inställt på.