Knut Pedersenként látta meg a napvilágot, a Hamsun nevet annak a falucskának nevéből kölcsönözte, ahol meglehetősen dolgos gyerekkorát töltötte. Irodalmi ismereteit önképzéssel szerezte, Shaw később ironikusan így jellemezte: "Műveletlen emberben ilyen óriási műveltségű még nem volt."

Kilenc és tizennégy éves kora között kereskedőinasként dolgozott, majd csaknem két évtizedes vándorútra indult, volt boltos, házaló, rakodómunkás, cipészinas, tanító, s közben kisebb írásait is megjelentette. Élt Amerikában, majd 1888-tól Koppenhágában, ahol megírta első valóban jelentős művét, az Éhséget, amely igazi irodalmi szenzáció volt. A siker nyomán élete is gyökeresen megváltozott: a nyomor világából az irodalmi, társasági élet fényeibe emelkedett. Élt Párizsban és Münchenben, első feleségével pedig Finnországban is, s szüntelen írt. A házasság 1906-ban válással végződött, Hamsun újranősült, második felesége, Marie Andersen színésznő 23 évvel volt fiatalabb férjénél, viharos kapcsolatukból négy gyermek született.

1917-ben jelent meg Az anyaföld áldása című regénye, amely Thomas Mann szerint "a végletes kifinomultság és ősepikai egyszerűség keveréke". A műért 1920-ban megkapta az irodalmi Nobel-díjat. Az Oslo-fjord mellett kastélyt és birtokot vásárolt, amelyen mintagazdaságot rendezett be. Az írást sem hanyagolta el, erről tanúskodik August-trilógiája (August, A világ vándora, Az élet megy tovább), majd utolsó regénye, A kör bezárul. 70. születésnapján az egész világirodalom ünnepelte.

1940-től, Norvégia német megszállásától 1945 májusáig azonban - teljesen megsüketülve és egy agyvérzést átvészelve - a náci megszállók és a Quisling-kormány mellé állt, ekkori írásait a nácizmus nyílt magasztalása, a hitleri ideológia szajkózása, antiszemitizmus jellemezte. A fasizmussal való azonosulásban odáig ment, hogy a Nobel-díjjal járó érmet elküldte Joseph Goebbelsnek, a német kormány propaganda miniszterének. Lelkes híve volt a nácik hódító háborújának, gyűlölte a briteket és az amerikaiakat. A háború után a norvég Legfelsőbb Bíróság két és fél éves házi őrizet, vizsgálati fogság és elmeorvosi vizsgálat után pénzbírságra és teljes vagyonelkobzásra ítélte. Enyhítő körülményként figyelembe vették idős korát, továbbá hogy a megszállóknál többször is közbenjárt norvég halálraítéltek ügyében. Hamsun magányosan halt meg norholmi otthonában 1952. február 19-én.

A személye körüli vita a halála óta eltelt több mint fél évszázad alatt sem csitult, életének kerek évfordulói nagy megemlékezés nélkül múltak el, s csak Hamaröyben működik egy nevét viselő múzeum és kis társaság, amely évente Hamsun-napokat rendez. Életének egy szakaszát film is feldolgozta, a Per Olov Enquist regényéből készült, Jan Troell rendezte 1996-os Hamsun, amelyben az idős írót Max von Sydow személyesítette meg.