Tekintélyes, de a zene iránt kevéssé fogékony mérnök-hivatalnok családból származott, s igen gondos neveltetésben részesült. Zongorázni négyévesen kezdett, s hamar túlhaladta tanára képességeit, de érzékeny idegzete és egy betegség miatt fel kellett hagynia a zenével.

Szülei kívánságára tisztviselő lett, de erre a pályára teljesen alkalmatlannak bizonyult. Zenével csak 23 évesen kezdett ismét foglalkozni, de már három évi tanulás után összhangzattan tanárnak hívták meg a moszkvai konzervatóriumba.

Egy sikertelen románca után idegösszeomlást kapott, majd hisztérikus munkalázban megkomponálta - rosszul fogadott - első szimfóniáját és első operáját. Az 1870-es évek elejétől aztán egyre jobban méltányolták, 1875-ben mutatták be b-moll zongoraversenyét és a Hattyúk tava című balettjét, s belefogott nagy operájába, az Anyeginbe.

A homoszexualitását titkolni kénytelen, magányos zeneszerző 1877-ben botor módon elvette egy fiatal rajongóját, de az alig néhány hónapig tartó házasság mindkettejük számára végzetesnek bizonyult. Felesége elzüllött és végül elmegyógyintézetbe került, a titkának kiderülésétől rettegő Csajkovszkij pedig öngyilkosságot kísérelt meg, majd az italba és a komponálásba menekült.

Élete mégis rendeződött: egy Nagyezsda von Meck nevű özvegy vette pártfogásába, akivel személyesen soha nem találkoztak, csak írásban érintkeztek. Az anyagi támogatás lehetővé tette, hogy teljesen a zenének szentelje magát, ekkor írta D-dúr hegedűversenyét, a műfaj egyik legnépszerűbb és legnehezebb darabját, Vonósszerenádját, az Olasz capricciót és az 1812 nyitányt. Anyegin című operája a moszkvai bemutatón csak mérsékelt sikert aratott, de a szentpétervári előadás elnyerte III. Sándor cár tetszését, így természetesen roppant népszerű lett.

Csajkovszkij néhány évig nyughatatlanul utazgatott, majd a Moszkva környéki Majdanovóban telepedett le. 1888-ban sikeres európai hangversenykörutat tett, amelyen maga vezényelte műveit, megírta Pikk dáma című operáját, a Csipkerózsika és a Diótörő baletteket. Hiába ünnepelték 1891-es hangversenykörútján világszerte a legnagyobb élő zeneszerzőként, hiába élvezte a cári udvar kegyeit, élete utolsó éveit feszültség és depresszió jellemezte, idegállapota tovább súlyosbodott, amikor Meck asszony magyarázat nélkül megvonta tőle támogatását. Utolsó művét, a 6. h-moll (Patetikus) szimfóniát 1893 októberében vezényelte el, néhány nappal később, 1893. november 6-án meghalt. Halálát máig homály veszi körül, hivatalosan kolerában hunyt el, újabb feltételezések szerint lehetséges, hogy homoszexuális kapcsolatainak kiderülésétől tartva öngyilkosságot követett el, de az is lehet, hogy egy becsületbíróság kényszerítette méreg ivására.

Csajkovszkij nem volt újító - a közönség szerette, a kritikusok viszont sokszor kétségbe vonték zenei értékét. Népszerűségét az érzések hol elbűvölő, hol külsőséges, de mindig hatásos kifejezésének, kifogyhatatlan dallambőségének köszönheti, sok műve már első hallásra ismerősnek tűnik.