A nyugat-londoni Isleworthben jött a világra, testvéreivel, Johnnal és Richarddal, a neves filmrendezővel Leicesterben nőttek fel. Davidet kiskorában leginkább a fosszíliák és kövek gyűjtése érdekelte, rajongott a természetért: már ekkor elhatározta, hogy egyszer környezetünk megismerésével és megismertetésével szeretne foglalkozni.

A cambridge-i Clare College-ban zoológiából és geológiából diplomázott. A haditengerészettől való leszerelését követően egy gyerekkönyvkiadónál helyezkedett el, majd csatlakozott a BBC-hez. Az első időkben – főnöknője szerint a túl nagy fogai miatt – nem került képernyőre, így ismeretterjesztő műsorok producereként a háttérben dolgozott. Első filmje, az Állatminták készítésekor találkozott Jack Lesterrel, a londoni állatkert egyik kurátorával, akivel 1954-ben elkészítették Zoo Quest című műsorukat, amely Lester betegsége miatt végül Attenborough-val került adásba. A műsorkészítést a BBC – általa alapított – utazási és felfedezési osztályán folytatta, majd az 1960-as évek elején otthagyta állását, hogy karrierjét támogatandó antropológiai tanulmányokat folytasson.

1965 elején vezetőként csatlakozott az ekkor induló BBC2 csatornához, amelynek arculatát már ő alakította ki. A BBC2 újszerű, a művészettől a sporton át a természettudományig terjedő, változatos műsorstruktúrája miatt vált népszerűvé, többek között ők vezették be a biliárd- és rögbiközvetítéseket, és 1967-ben elsőként sugároztak színes adást. Attenborough az utóbbi vívmány technológia előnyeinek érzékeltetésére rendelte meg 1969-ben Kenneth Clark művészettörténésztől a Nézeteim a civilizációról című sorozatot, amely később mérföldkő lett a dokumentarista televíziózás történetében.

Attenborough-t még ugyanebben az évben a BBC programigazgatójának nevezték ki. Ezt a pozíciót még igen, ám a három évvel később felajánlott vezérigazgatói állást már nem fogadta el, inkább szabadúszóként tért vissza szenvedélyéhez, az ismeretterjesztéshez. Filmsorozatot készített a törzsi művészetről, a felfedezőkről, de forgatott gyerekeknek szóló sorozatot is legendás állatokról, s közben előkészítette híressé vált trilógiáját. Az Élet a Földön 1979-ben, Az élő bolygó 1984-ben, Az élet megpróbáltatásai pedig 1990-ben készült el. A hátizsákos világjáró hihetetlen kalandjainak és közvetlen, anekdotázó stílusának köszönhetően belopta magát a nézők szívébe, a természetfilmeket a szórakoztató és egyben tartalmas televíziós műsorok rangjára emelte. Az Élet-trilógiában foglalkozott az Antarktisszal, a madarakkal, a növényekkel, a gerinctelenekkel és a hüllőkkel is. Emblematikus sorozata mellett Az első édenkert címmel bemutatta a Földközi-tenger medencéjének történetét, míg az ősmaradványok iránti szenvedélyéről az Elsüllyedt világok, eltűnt életek nyomában című filmje tanúskodik.

1977-től majd három évtizeden keresztül ő volt a narrátora a BBC milliókat képernyők elé ültető 253 részes Vadvilág sorozatának: a szurikátákról szóló részt a brit nézők minden idők legjobb természetfilmjévé választották. Ő kalauzol bennünket A természet világa sorozat ötvennél több epizódjában, és forgatókönyvíróként, valamint narrátorként jegyzi a BBC 2006-ban bemutatott Bolygónk, a Föld című megaprodukcióját.

A nagyszerű kommunikátorként és páratlan oktatóként számon tartott Attenborough műsorait a közszolgálati televíziózás mintapéldájaként dicsérik és a televíziós ismeretterjesztésben kifejtett tevékenysége elismeréseként ma is elhalmozzák kitüntetésekkel. Barátai között tudhatta II. Erzsébet királynőt, aki 1985-ben lovaggá ütötte, majd 2020-ban Lovagi Nagykeresztet adományozott neki. A britek nemzeti intézményként tekintenek rá: 2002-ben a száz legnagyobb brit közé választották.

Attenborough az élővilág csodáit kutatva bejárta a Földet: Magyarországon a páratlanul gazdag szitakötő-, és az Európa többi részéről szinte eltűnt tiszavirág-populációt mutatta be. Még ma is korát meghazudtoló módon emel szót bolygónk megmentéséért: 2020-ban Vilmos herceggel közösen megalapították a környezetvédelmi Nobel-díjként is emlegetett, úgynevezett Earthshot Prize kitüntetést. Az idén indított Titkos kertek sorozatával pedig rávilágít, hogy a vadon nem távoli egzotikus tájakon, hanem saját hátsó kertünkben kezdődik. Páratlan életpályája és születésnapi centenáriuma tiszteletére a BBC ünnepi tévéműsorral készül, és David Attenborough 100 éve a Föld bolygón címmel gálát rendez a Royal Albert Hallban.

Legújabb, Óceán című filmje ma a 100. születésnapján  debütál a mozikban Nagy-Britanniában.