柴科夫斯基出生于儒略历的1840年4月25日或者格里历的5月7日，在沃特金斯克，一个现在乌德穆尔特共和国的小镇子。他的父亲是Ilya Petrovich Tchaikovsky，一位官办矿厂的采矿工程师，母亲是父亲的三任妻子的第二任，叫Alexandra Andreyevna Assier，一位法裔俄罗斯人。他是歌剧作家，舞剧作家，翻译家en：Modest Ilyich Tchaikovsky的兄长（大了几十年）。
柴科夫斯基从5岁开始学钢琴，几个月以后，就能熟练演奏en：Friedrich Kalkbrenner的作品Le Fou。1848年，全家迁往彼得堡。在1850年，他的父亲被任命为圣彼德堡国立大学校长。于是，年轻的柴科夫斯基接受了非常好的基础教育，并且在音乐系主任的指导下，继续钢琴的学习。
与此同时，柴科夫斯基和意大利大师en：Luigi Piccioli相识，后者使他的兴趣从德国音乐，转向了吉奥阿基诺·罗西尼，文琴佐·贝利尼，葛塔诺·多尼采蒂。柴科夫斯基的父亲放纵了儿子对音乐的喜爱，他资助了儿子师从一位从纽伦堡来的知名钢琴老师Rudolph Kündinger。在这位老师的指导下，柴科夫斯基恢复了对德国音乐的兴趣，并且持续一生的对莫扎特音乐的喜爱也在开始在心中萌芽。当柴科夫斯基的母亲于1854年死于霍乱后，14岁的他作了一首圆舞曲来纪念母亲。
柴科夫斯基于1858年离开学校然后进入司法部做部长秘书，不久他就加入了司法部的合唱团，同时在圣彼得堡音乐学院师从扎列姆和安东·鲁宾斯坦学习音乐。1866年他在莫斯科音乐学院任教授，两年后完成了第一部歌剧《司令官》，随后几年他创作了大量的优秀作品，包括《天鹅湖》、《小提琴协奏曲》、弦乐四重奏《如歌的行板》。
柴科夫斯基自学校毕业之后，安东·鲁宾斯坦的弟弟，莫斯科音乐学院的和声学教授尼古莱·鲁宾斯坦聘请他做音乐史的教师。当时的柴科夫斯基父亲已经退休，经济上颇为拮据，因此欣然接受教职，接下来的十年都全心投入教学和创作。教书的待遇不特别好，仅能餬口而已，但柴科夫斯基从事这份工作能够有很充裕的时间创作，所以在从事教职的第一年就完成了第一号交响曲「冬之梦」，但听众反应不佳。没多久，他就因为压力太大又过度工作，在1877年时精神崩溃离开学校。休了一年假后，他尝试回到学校继续教书，但是没多久就放弃，决定退休。在瑞士休养一阵子之后，便搬到基辅与妹妹同住。
1868年开始，柴科夫斯基与俄国国民乐派的成员逐渐走得很近。1869年在巴拉基列夫建议之后，便写了有名的管弦乐序曲「罗密欧与茱丽叶」。但于此后，柴科夫斯基的作曲风格越来越偏向西欧风，而逐渐与强调民族素材及风格的国民乐派渐行渐远。
有一次，柴科夫斯基在莫斯科临阵上场替代指挥他自己的歌剧「女妖」（Enchantress，俄文原文Чародейка，1885年7月），之后便开始常态性的从事指挥工作。克服与生俱来的舞台恐惧症之后，他逐渐开始习惯在舞台上指挥自己的创作，并常在欧洲各地巡回演出，结识不少当时的音乐家。
1891年，柴科夫斯基受邀至美国指挥自己的作品，当年的五月五日，他在卡内基大厅的开幕仪式中指挥纽约音乐协会交响乐团演出。美国一行中，他也演出著名的第一号钢琴协奏曲以及弦乐小乐曲。这首堪称柴科夫斯基最有名的降b小调钢琴协奏曲，1874年完成之初受到前同事尼可莱的恶评，也因此一直束之高阁迟迟未演，未料在美国首演却一炮而红，从此成为柴科夫斯基的招牌。
1893年，在首演第六号交响曲「悲怆」九天后，柴可夫斯机死于圣彼得堡街上的家中。有些音乐学家（如Milton Cross及David Ewen）认为，柴科夫斯基对于死亡早有觉悟，而第六号交响曲正是他写给自己的安魂曲。第一主题之后紧接著快速的弦乐变化旋律以及强而有力的和声，随后出现的常号旋律和前后的旋律都没有关联，此种突兀插入的乐段（non sequitur），一般认为是俄罗斯天主教死者弥撒典型的曲式。
Tchaikovsky in 1874柴科夫斯基同性恋的倾向很早就为人所知。尽管证据都在苏俄时期被消灭殆尽，但他的性向对于自身的生活以及作品影响甚钜是无庸置疑的。有些历史学家仍认为他是异性恋，但是大部分学者根据他的仆人苏佛努夫（Aleksei Sofronov）以及外甥大卫朵夫（Vladimir“Bob”Davydov）的证词，相信他最亲密的伴侣都是同性。其他的证据大多可见于书信、日记及其弟马戴斯特（Modest，亦是同性恋）的信件中。
在法学院的学生时期，柴科夫斯基曾经暗恋过法国女歌手狄希耶？雅朵（Désirée Art＆ocirc；t）但在女方结婚之后，这段感情无疾而终。在他于莫斯科音乐院教书时，一名偏执的女学生安东妮雅·米露可娃（Antonina Miliukova）以大量情书攻势疯狂倒追他，扬言非他不嫁，甚至以死要胁。其实柴科夫斯基根本不记得自己班上有这个学生，但是女学生相当坚持，不断持续写信。当时柴科夫斯基迷上普希金（Pushkin）的诗作「尤金·奥尼金」（Eugene Onegin），正打算改编成歌剧。由于诗作中的主角尤金年轻时拒绝了塔琪安娜以致后来终生活在悔恨当中，入戏太深的柴科夫斯基将自己想成尤金，认为自己不应回绝这段感情。两人于1877年7月18日结婚。
The composer at age 37 with his wife，Antonina Miliukova（1877）蜜月还没结束，柴科夫斯基就后悔了，在两人于7月26日回到莫斯科时，他已经濒临崩溃。周遭的朋友们都看得出来他的状况很不好，但是没有人知道严重性。婚后两周，他企图在冰冷的莫斯科河中自杀，但是随后却因为受不住寒冷而放弃，也因此染上严重的肺炎。精神上完全崩溃的柴科夫斯基逃到圣彼得堡。
他的哥哥安纳托利（Anatoly）到圣彼得堡火车站接他时，几乎认不出面前那个一脸憔悴、濒临崩溃的病弱男子就是自己的弟弟。安纳托利火速将他送到邻近的旅馆，发作了一阵之后，柴科夫斯基昏迷了整整两天。这期间他到底做了什麼、说了什麼，除了安纳托利之外大概就只有精神医师知道。医师建议柴科夫斯基彻底改变生活形态，要他不要想要尝试改善自己的婚姻，也不要再见新婚妻子。自此之后，柴科夫斯基再也没有见过安东妮雅，但会定期寄生活费给她，到死为止两人的婚姻关系都还保持著。
此后的几年，柴科夫斯基很害怕安东妮雅会将他们两人分开的内幕公诸于世。安纳托利试著说服她去办理离婚，安东妮雅却不肯离婚，也不愿配合对外宣称两人婚姻破裂的理由是因为柴科夫斯基有外遇。出版商尤尔金森（Pyotr I。Jürgenson）费尽唇舌为柴科夫斯基争取离婚机会却始终未果，却在1880年的夏天发现安东妮雅另结新欢已有半年，还生了孩子，都被丢到孤儿院。安东妮雅在1896年被诊断出有精神病，并于1917年病逝。
至于柴科夫斯基，他并不将自己的精神崩溃归咎于安东妮雅，而相信那是命定的悲剧，是对于他为了结婚而结婚的惩罚。尽管结婚的经验像是一场梦魇，身为同性恋的柴科夫斯基对于婚姻的憧憬却从未消减。当安纳托利订婚时，柴科夫斯基写了一封感人的信给他，信中提到「有时候我真的很希望能够被一个女人温柔的触摸与疼爱。我常幻想被一个慈爱的女人所拥抱，我能够躺在他的腿上亲吻著她……」后世的学者认为柴科夫斯基对于妻子的观念其实是错误的，只是想藉由婚姻来取回早逝的母亲罢了。
柴科夫斯基死于1893年的11月6日（当年合儒略历10月25日），正好是第六交响曲首演后九天。他的尸体被运至圣彼得堡Alexander Nevsky Monastery的Tikhvin Cemetery，坟墓就在相熟的作曲家亚历山大·鲍罗丁（Alexander Borodin）和穆索斯基（Modest Mussorgsky）的附近，一尊由著名雕塑家为他所作的雕像低头沉思着，似乎还在思考着“命运”，还在构想着他的新的音乐创作。
大部分当时的学者都认为他死于霍乱，起因是因为喝下受到污染的自来水。但是近几十年来，另外几种理论逐渐流行起来，一般都相信他自杀的可能性很大，有可能是法学院校友会对同性恋的抵制运动导致。
音乐史学家亚莉珊卓欧洛娃（Aleksandra Orlova）在他未出版的「柴科夫斯基点滴」（Tchaikovsky Day by Day）一书手稿中，口头证词做为证据来支持柴科夫斯基死于自杀的推论。他认为柴科夫斯基服用砒霜自杀，所以死亡日期和屍体处理才会遮遮掩掩，产生前后不一的说词。然而，欧洛娃的论点缺乏书面上的证据，因此受到多方质疑，至今柴科夫斯基的真正死因还是个未解的谜。
英国籍作曲家麦克芬尼希（Michael Finnissy）以柴科夫斯基生前的最后几天与死亡为题，作了一部名为“羞耻罪衍”（Shameful Vice）的歌剧。