Сухово-Кобылин учился на философском факультете Московского университета. Примерно в то же время, под влиянием Герцена, начал заниматься литературой, но особенно увлекался философией Гегеля. В 1838 году уехал за границу, где продолжил занятия философией в университетах Гейдельберга и Берлина.
После смерти отца принял управление родовыми имениями и поселился в селе Кобылинка Тульской губернии. Там он приступил к переводу трудов Гегеля, одновременно пытаясь создать собственную философскую систему. В 1899 при пожаре имения сгорели рукописи Сухово-Кобылина, в том числе переводы Гегеля.
В ноябре 1850 года убита гражданская жена Сухово-Кобылина француженка Луиза Симон-Деманш, уголовное дело тянулось семь лет, вплоть до 1857 года, когда Государственный Совет решил приговорить Сухово-Кобылина к церковному покаянию за любовную связь. За это время он дважды сидел в тюрьме, испытал на себе все ужасы чиновничьего произвола. Невиновность драматурга была точно установлена только в ХХ веке путем архивных исследований.
Несправедливое обвинение подтолкнуло Сухово-Кобылина к главному делу его жизни. В 1854 году была создана его первая пьеса - комедия "Свадьба Кречинского", в 1861 - драма "Дело". В 1869 написана третья пьеса - комедия-шутка "Смерть Тарелкина", завершающая трилогию, которую в этом же году автор издал под общим названием "Картины прошедшего".
Во всех трех пьесах Сухово-Кобылин исследует искусственно состряпанное дело о подлоге, сопровождая развитие действия сгущением сатирических красок и гротескно-мрачных тонов.
Сценическая судьба трилогии, за исключением "Свадьбы Кречинского", которая сразу вошла в театральный репертуар, была необычайно трудна. Только в 1917 году Мейерхольд поставил эти пьесы именно как трилогию в Александринском театре.
До конца своих дней Сухово-Кобылин принимал деятельное участие в театральной жизни своих пьес и продолжал заниматься философией. Он умер в Болье, близ Ниццы, 24 марта 1903.