Ông sinh năm 1942, tại huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam. Sau Hiệp định Genève, 1954, Lê Cự Phách di cư vào Nam cùng với gia đình. Đầu tiên ông định cư ở Hội An, Quảng Nam, sau đó là Đà Nẵng. Đến năm 1956, ông vào Sài Gòn và theo học trường Trần Lục, trường Chu Văn An, sau cùng là Đại học Văn Khoa.

.

Ông làm thơ từ rất sớm, khi đang còn học tại trường tiểu học Hàng Vôi tại Hà Nội. Sau khi di cư vào Sài Gòn, Du Tử Lê bắt đầu sáng tác nhiều tác phẩm dưới nhiều bút hiệu khác nhau. Bút hiệu Du Tử Lê được dùng chính thức lần đầu tiên vào năm 1958 (cái tên "Du Tử" được ông lấy từ bài thơ "Du Tử ngâm" của thi sĩ Mạnh Giao thời Đường, nghĩa là "đứa con xa mẹ", còn "Lê" là họ của ông) cho bài "Bến tâm hồn", đăng trên tạp chí Mai.

Du Tử Lê từng là sĩ quan thuộc Quân lực Việt Nam Cộng Hòa, cựu phóng viên chiến trường, thư ký tòa soạn cuối cùng của nguyệt san Tiền phong (một tạp chí của Quân lực Việt Nam Cộng Hòa), và là giáo sư dạy giờ cho một số trường trung học Sài Gòn.

Năm 1973 tại Sài Gòn, ông được trao Giải thưởng Văn chương Toàn quốc, bộ môn Thơ với tác phẩm Thơ tình Du Tử Lê 1967–1972.

Ngày 17 tháng 4 năm 1975, Du Tử Lê cùng với Mai Thảo và Phạm Duy bị kết án tử hình vắng mặt trên đài phát thanh của Mặt trận giải phóng Miền Nam vì có thái độ chống đối cộng sản quyết liệt. Sau sự kiện 30 tháng 4 năm 1975, ông sang tỵ nạn bên Hoa Kỳ.

Ông chuyển đến sống ở miền Nam California, tiếp tục nghề viết, và là nhân viên khế ước của đài tiếng nói Hoa Kỳ từ năm 1996. Ông cũng từng là chủ nhiệm các báo Việt ngữ Nhân chứng, Tay Phải, và Văn nghệ ở Hoa Kỳ.

Ông qua đời vào ngày 7 tháng 10 năm 2019 tại nhà riêng ở Garden Grove, California, Hoa Kỳ.