Klaus Heinrich Thomas Mann wird am 18. November 1906 als zweites Kind des Schriftstellers Thomas Mann und seiner Frau Katia in München geboren. Ein Jahr zuvor, im November 1905, kommt seine ältere Schwester Erika auf die Welt, mit der er Zeit seines Lebens eng verbunden ist. Die Kindheit und Jugend verbringt er in München und in Bad Tölz, wo Thomas Mann 1908 für seine Familie ein Landhaus errichten lässt: „Immer wenn ich Kindheit denke, denke ich zuerst Tölz“, schreibt Klaus Mann in seiner Autobiografie Kind dieser Zeit (1932). In München bewohnt die Familie ab 1910 eine repräsentative Villa im Bogenhausener Herzogpark. Als Erika und Klaus Mann zusammen mit anderen Jugendlichen aus der Nachbarschaft durch derbe Späße und „schweren Unfug“ auffallen, werden die beiden ältesten Mann-Kinder in reformpädagogische Landerziehungsheime gegeben.

Im Inflationsjahr 1923 reist Klaus Mann zusammen mit seiner Schwester Erika nach Berlin und entdeckt das Großstadtleben. Nach dem Ersten Weltkrieg und der Wirtschaftskrise fühlt sich Klaus Mann einer ‚verlorenen Generation‘ zugehörig, die sich lediglich an der Oberfläche übermütig gebärdet. 1925 schreibt er sein erstes Drama Anja und Esther, in dem er dem Gefühl, „ohne festen Boden unter den Füßen zu sein“, Ausdruck verleiht. Das Stück wird am 20. Oktober 1925 an den Münchner Kammerspielen uraufgeführt, kurz darauf findet die spektakuläre Premiere in Hamburg unter der Regie von Gustaf Gründgens statt. Auf der Bühne stehen Klaus und Erika Mann, Pamela Wedekind und Mopsa Sternheim. Als im gleichen Jahr sein erster Roman Der fromme Tanz erscheint, gilt Klaus Mann als umstrittener Sprecher der jungen Generation in Deutschland. Schon früh bezieht Klaus Mann gegen Hitler Position und meldet sich gegen den Faschismus zu Wort.

Anfang 1927 brechen Klaus und Erika Mann zu einer gemeinsamen Weltreise auf. In den USA treten sie als „Literary Mann Twins“ auf, anschließend besuchen sie Hawaii, Japan, Korea und die Sowjetunion. Nach ihrer Rückkehr verfassen sie den Reisebericht Rundherum, der Anfang 1929 erscheint. Wenige Monate darauf veröffentlicht Klaus Mann seinen zweiten Roman Alexander (1929). Auch in den folgenden Jahren sind die Geschwister viel auf abenteuerlichen Reisen unterwegs: in Südfrankreich, Spanien, Marokko, wo sie erste Erfahrungen mit Haschisch machen, dann Italien und der Norden Europas. Im Roman Treffpunkt im Unendlichen (1932) thematisiert Klaus Mann das unbehauste und ruhelose Leben in Hotels und Pensionen als Lebensgefühl.

Im März 1933, kurz nach der Machtübernahme durch die Nationalsozialisten, geht Klaus Mann ins Exil. In seinem Tagebuch markiert er den Beginn der Emigration mit drei waagerechten Trennlinien. Wenige Wochen später steht sein Name auf den „Schwarzen Listen“, mit denen die Bücherverbrennungen in Deutschland vorbereitet werden. Klaus Mann geht zunächst nach Paris, dann wird Amsterdam sein Lebenszentrum, wo er ab Dezember 1933 die Exil-Zeitschrift Die Sammlung herausgibt. Im Amsterdamer Querido Verlag erscheint 1936 der Roman Mephisto, der von lebhaften Kontroversen begleitet wird. Klaus Mann hat seiner Hauptfigur, dem Schauspieler Hendrik Höfgen, unverkennbar die Züge von Gustaf Gründgens verliehen, der als Intendant des Staatlichen Schauspiels Berlin im nationalsozialistischen Deutschland Karriere macht.

Zusammen mit seiner Schwester Erika fährt Klaus Mann im Juni 1938 nach Spanien, um als Reporter vom dort herrschenden Bürgerkrieg zu berichten. Im September desselben Jahres schifft er sich nach New York ein, wo sein amerikanisches Exil beginnt. 1939 erscheinen zwei Bücher, die das Leben in der Emigration zum Thema haben: Der Vulkan und Escape to Life. Im Exil vollzieht Klaus Mann einen Sprachwechsel; seine Autobiografie The Turning Point erscheint 1942 in englischer Sprache, auch sein Tagebuch führt er nun auf Englisch. Um aktiv gegen den Faschismus zu kämpfen, tritt Klaus Mann 1942 in den Dienst der US-Army ein. Nach einigen Wochen Aufenthalt in Nordafrika nimmt er am alliierten Feldzug in Italien teil. 1945 bereist er als Korrespondent der US-Armeezeitung The Stars and Stripes Österreich und Deutschland. Der Weg führt ihn auch in seine vollkommen zerstörte Geburtsstadt München. Die Eindrücke, die er vor allem aus Gesprächen mit den Menschen nach 12 Jahren Naziherrschaft vorfindet, führen bei ihm zu der Erkenntnis, dass es für ihn keine Rückkehr nach Deutschland gibt. Nach seiner Entlassung aus dem Armeedienst lebt Klaus Mann an wechselnden Aufenthaltsorten, in Rom, Amsterdam, Südfrankreich, New York und Kalifornien. Am 21. Mai 1949 stirbt er in Cannes an den Folgen einer Überdosis Schlaftabletten.