Гюстав Флобер родился 12 декабря 1821 года в городе Руане в буржуазной семье. Его отец, Ахилле-Клеофас Флобер, был известным врачом, заведовавшим хирургическим отделением руанской больницы. По словам Ги де Мопассана, это был хирург «с большим талантом и большой известностью», по характеру «человек простой, прямой и резкий». Мать, Анна Жюстин Каролин (урожденная Флёриот; 1793—1872) родом из нормандской семьи. Его бабка, Шарлотта Камбремер, была подругой детства Шарлотты Корде. Он был младшим ребёнком в семье. Кроме Гюстава в семье было двое детей: старшая сестра и брат. Двое других детей не выжили.
Детство писатель провёл безрадостно в тёмной квартире врача. Он начал писать в раннем возрасте, по некоторым источникам, уже в восемь лет.
С 1832 года учился в Королевском коллеже и лицее в Руане, где с приятелем (Эрнест Шевалье) организовал рукописный журнал «Искусство и прогресс» в 1834 году. В этом журнале появился его первый публичный текст.
В 1836 году он встретил жену французского издателя Мориса Шлезингера — Элизу Шлезингер, которая оказала глубокое влияние на писателя. Свою молчаливую, безответную страсть он пронёс через всю жизнь и отобразил её в романе «Воспитание чувств».
Юность писателя связана с провинциальными городами Франции, которые он неоднократно описывал в своём творчестве. В 1840 году Флобер поступил на факультет права в Париже. Там он вёл богемную жизнь, встречался с многими известными людьми, много писал. В конце 1840 года он путешествовал по Пиренеям и Корсике. Бросил учёбу в 1843 году после провала на экзамене и первого эпилептического припадка. В 1844 году писатель поселился на берегу Сены, в Круассе недалеко от Руана. Образ жизни Флобера характеризовался замкнутостью, стремлением к самоизоляции. Время и силы он старался посвящать литературному творчеству.
В 1846 году умер его отец, а через некоторое время и сестра. Его отец оставил ему солидное наследство, на которое он мог безбедно жить.
Со своим давним другом Максимом Дюканом он путешествовал по Бретани в 1846 году. Флобер вернулся в Париж в 1848 году для участия в Революции. С 1848 по 1852 год осуществил путешествие на Восток. Он посетил Египет и Иерусалим, через Константинополь и Италию. Свои впечатления он записывал и использовал в произведениях.
С 1855 года в Париже Флобер посещает многих писателей, в том числе братьев Гонкур, Бодлера, а также встречается с Тургеневым. В июле 1869 его сильно потрясла смерть друга Луи Буйе.
Во время оккупации Франции Пруссией Флобер вместе с матерью и племянницей скрывался в Руане. Его мать умерла в 1872 году, и в это время у писателя уже начались проблемы с деньгами. Начинаются проблемы и со здоровьем. Он продает своё имущество, покидает квартиру в Париже. Он публикует одно за другим свои произведения.
Последние годы жизни писателя были омрачены финансовыми проблемами, проблемами со здоровьем и предательством друзей. На Флобера значительно повлияли мысли Спинозы. Он был также пантеистом.
Умер Гюстав Флобер 8 мая 1880 года в результате инсульта. На похоронах присутствовало много писателей, среди которых Эмиль Золя, Альфонс Доде, Эдмон Гонкур и др.