Fils d'un prêtre orthodoxe longtemps missionnaire sur les îles Aléoutiennes, Chalamov est né et a grandi dansla ville de Vologda à laquelle il a consacré de très beaux souvenirs (La Quatrième Vologda).

Dans le chaos de la révolution, la famille se retrouve dans la misère et le jeune Chalamov part pour Moscoufaire des études de droit tout en commençant à écrire.

En décembre 1929, il est arrêté pour avoir diffusé le Testament de Lénine (dans lequel Lénine exprimait sesréticences envers Staline). Condamné à trois ans de travaux forcés à Vichéra, il travaille à la construction ducombinat chimique de Berezniki, assistant à la mise en place de l'exploitation du travail des détenus (Son livre Vichéra est un témoignage inestimable sur cette période).

Libéré en octobre 1931, il est de nouveau arrêté en janvier 1937 (accusé de trotskisme) et condamné à cinq ansde camp. Il est envoyé en Extrême Orient, à la Kolyma, où il travaille dans les mines d'or. En 1943, sa peineest prolongée de dix ans. Ayant survécu par miracle, il finit par devenir aide-médecin. Une fois sa peineterminée en 1951, il est contraint de rester à la Kolyma. C'est là qu'il entame une correspondance avec Pasternak qui jouera un grand rôle dans sa vie (Correspondance avec Boris Pasternak et Souvenirs). En 1953,il s'installe près de Kalinine où il trouve du travail dans une usine de tourbe, et continue à écrire, de la prose etde la poésie.

En 1956, officiellement réhabilité, il vient vivre à Moscou. Il travaille dans une revue et écrit.

Dans les années 60, ses premiers récits, refusés en URSS, paraissent en Occident sans son autorisation. Ilremet ses manuscrits à une amie archiviste, Irina Sirotinskaïa, qui se chargera de publier son œuvre après lachute de l'URSS.

En 1979, devenu aveugle et sourd, il est admis dans une maison de retraite. Transféré contre son gré en 1982 dans un asile psychiatrique, il y meurt dans des circonstances dramatiques.