Carlo Cassola nacque a Roma il 17 marzo 1917 in una famiglia piccolo borghese. Ebbe un'educazione laica e frequentò la scuola pubblica. Il padre, socialista, gli trasmise la tradizione libertaria; la madre invece gli infuse l'amore per la Toscana che, in età giovanile, era meta delle vacanze estive. Da metà anni '30 sviluppò una coscienza politica antifascista prima con l'organizzazione di un gruppo universitario di protesta politica, sciolto in breve tempo, poi con la riluttante esperienza del servizio militare. Nel 1939 conseguì la laurea in giurisprudenza, ma la sua vera passione era la letteratura: insegnava, scriveva e collaborava con varie riviste.

A partire dal 1941 aderì prima al movimento liberalsocialista, poi al Partito d’Azione. Dopo l'Armistizio di Cassibile scelse di partecipare alla Resistenza contro l'occupazione tedesca e la Repubblica Sociale Italiana. La sua attività fu riconosciuta dal 1° gennaio al 20 luglio 1944 nella 23ª brigata garibaldina Guido Boscaglia, di ispirazione comunista. Con il nome di battaglia «Giacomo» fu a capo della squadra esplosivisti, operando nel territorio compreso fra Volterra, l'Alta Val di Cecina e l'Alto Grossetano. Sfollato a Volterra, dette il proprio contributo alla sezione locale del Comitato di Liberazione Nazionale e sostenne alcuni giornali antifascisti locali, dedicandosi a tempo pieno all'attività politica.

Nel 1945 si stabilì a Firenze dove collaborò con varie riviste, fra cui La Nazione del Popolo (organo del Comitato toscano di liberazione). L'anno successivo fu tra i promotori dell’appello "Gli intellettuali italiani per la Repubblica" con cui si chiedeva l’abolizione della monarchia. Nel frattempo, si dimise dal Partito d’Azione: questo segnò un forte allontanamento dall'impegno politico a vantaggio della ripresa della professione letteraria. Rievocò l'esperienza resistenziale nei suoi romanzi e racconti, in particolare in «Fausto e Anna», un libro a carattere autobiografico. Il romanzo «La ragazza di Bube», pubblicato nel 1960, ottenne il premio Strega e gli procurò una grande notorietà.

Nel 1974 a Pescia, durante la partecipazione al convegno su Collodi, conobbe Pola Natali, una ragazza del luogo, e con lei si trasferì nel 1978 a Montecarlo in provincia di Lucca. Qui morì il 29 gennaio 1987. Fu sepolto nel cimitero locale; il funerale fu celebrato con rito civile in forma strettamente privata.