Пауль Эрлих родился в Штрелене, Силезия (ныне Стшелин, Польша). Поступил в университет в Бреслау (ныне Вроцлав), где проучился лишь один семестр, потом перевелся в Страсбургский университет. Здесь проявилась его склонность к химии, хотя он и не занимался ею. Через два года он возвращается в Бреслау и выполняет основную часть работ, необходимых для получения медицинского диплома, который ему вручили в Лейпцигском университете в 1878 году.

Очевидно, что медицина значительно отстала в своем развитии, если бы Пауль Эрлих не разработал химиотерапию, как новейшее направление медицинской терапии На начальном этапе исследований Эрлих занимался окраской кровяных клеток. В 1878 году вместе с врачом берлинской клиники он занимался исследованием окраски крови и создал новые методы окраски которыми пользовался в исследованиях по гистологии крови. Он окрашивал колонии бактерий на стекле, затем стал окрашивать ткани животных, погибших от заразных болезней, и, наконец, решил окрасить бактерии, попавшие в живой организм. Именно с этой целью он ввел однажды в кровь зараженного кролика метиленовую синь. Каково же было его удивление, когда после вскрытия трупа он увидел, что мозг и все нервы окрасились в голубой цвет, а другие ткани остались не окрашенными. «Если есть краска, окрашивающая одну только ткань, то, конечно же, должна найтись и такая, которая окрасит только микробы, попавшие в организм»,  считал ученый. Это наблюдение за результатом опыта дало толчок к возникновению знаменитой теории «магической пули», которая могла бы расправиться с паразитическими микробами одним метким ударом. Это была «терапия стерилизанс магна», полностью очищающая организм от бактерий. Роль «магической пули» должен был сыграть вновь найденный краситель.

Эрлих преподавал медицину в Берлинском университете, работал у Роберта Коха в Институте инфекционных заболеваний в Берлине, в Институте по изучению и проверке сывороток в Штеглице, в Терапевтическом институте близ Франкфурта-на-Майне. Основные научные работы Эрлиха посвящены проблеме иммунитета, разработке методов лечения инфекционных болезней, изучению химии лекарственных веществ. Пауль Эрлих сформулировал первую химическую интерпретацию иммунологических реакций  «теорию боковых цепей». Доказал возможность целенаправленного синтеза химиотерапевтических средств. Совместно с А. Бертхеймом он создал препараты сальварсан и неосальварсан, которые произвели революцию в лечении сифилиса, фрамбезии, куриного спирохетоза, возвратной лихорадки. Получил препарат трипанрот  эффективное средство против трипаносомозов. Эрлих разработал и предложил биопромышленные методы изготовления и стандартизации противодифтерийной и других сывороток. Установил, что растительные токсины из клещевины вызывают специфический иммунитет у человека и животных. Описал различные формы лейкоцитов крови. Показал значение костного мозга и лимфоидных органов в кроветворении. Эрлиху принадлежат многочисленные труды по гематологии, гистологии, онкологии.

В 1908 году за работы по иммунологии и разработку фагоцитарной теории иммунитета Паулю Эрлиху совместно с И.И. Мечниковым была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине. Европейская академия естественных наук учредила медаль в память великого ученого Пауля Эрлиха.