A nyugat-londoni Isleworthben jött a világra, testvéreivel, Richarddal (a neves filmrendezővel) és Johnnal Leicesterben nőttek fel. Davidet már kiskorában a fosszíliák és kövek gyűjtése érdekelte, rajongott a természetért, és már ekkor elhatározta, hogy a természet megismerésével és megismertetésével szeretne foglalkozni.

A cambridge-i Clare College-ban zoológiából és geológiából diplomázott, 1947-től a haditengerészetnél szolgált. Leszerelése után egy gyerekkönyv-kiadónál helyezkedett el, majd 1950-ben csatlakozott a BBC-hez. Az első időkben – főnöknője szerint túl nagy foga miatt – nem került képernyőre, ismeretterjesztő műsorok producereként a háttérben dolgozott. Első filmje, az Állatminták készítésekor találkozott Jack Lesterrel, a londoni állatkert egyik kurátorával, akivel 1954-ben elkészítették Zoo Quest című műsorukat, amely Lester betegsége miatt végül Attenborough-val került adásba. A műsorkészítést a BBC általa alapított utazási és felfedezési osztályán folytatta, majd az 1960-as évek elején otthagyta állását, hogy antropológiai tanulmányokkal készítse elő filmes munkáját.

1965 márciusában – a filmezés lehetőségének megtartása mellett – vezetőként csatlakozott a BBC2 csatornához, amelynek arculatát ő alakította ki. A BBC2 újszerű, a művészettől a sporton át a természettudományig terjedő, változatos műsorstruktúrája miatt vált népszerűvé, többek között ők vezették be a biliárd- és rögbiközvetítéseket, és 1967-ben elsőként sugároztak színes adást. Ez utóbbi előnyeinek érzékeltetésére rendelte Attenborough a Nézeteim a civilizációról című, 1969-ben bemutatott 13 részes sorozatot Kenneth Clark művészettörténésztől, a műsor mérföldkő lett a dokumentarista televíziózás történetében.

1969-ben a BBC programigazgatójának nevezték ki, de a három évvel később felajánlott vezérigazgatói állást már nem fogadta el, szabadúszóként tért vissza szenvedélyéhez, az ismeretterjesztéshez. Forgatott Indonéziában, filmsorozatot készített a törzsi művészetről, a felfedezőkről, gyerekeknek szóló sorozatot a legendás állatokról, s közben előkészítette híressé vált trilógiáját. Az Élet a Földön 1979-ben, Az élő bolygó 1984-ben, Az élet megpróbáltatásai 1990-ben készült el. A hátizsákos világjáró hihetetlen kalandjainak és közvetlen, sztorizós stílusának köszönhetően belopta magát a nézők szívébe, a természetfilmeket a szórakoztató és egyben tartalmas televíziós műsorok rangjára emelte.

Az Élet-sorozatban foglalkozott még az Antarktisszal, a madarakkal, a növényekkel, a gerinctelenekkel és a hüllőkkel is. Emblematikus sorozata mellett Az első édenkert (1987) címmel bemutatta a Földközi-tenger medencéjének történetét, az ősmaradványok iránti szenvedélyéről az Elveszett világok, eltűnt életek (1989) című filmje tanúskodik.

1977 és 2005 között ő volt a narrátora a BBC milliókat a képernyők elé ültető 253 részes Vadvilág sorozatának, a szurikátákról szóló részt a brit nézők minden idők legjobb természetfilmjévé választották. Ő kalauzol bennünket A természet világa sorozat ötvennél több epizódjában, s a Vadvilág jubileumi sorozatban. Forgatókönyvíróként és narrátorként jegyzi a BBC 2006-ban bemutatott Bolygónk, a Föld című természettudományi megaprodukcióját.

Ő írta a pteroszauruszokról szóló Repülő szörnyek (2010) című háromdimenziós filmet, amelynek narrátora is volt, az lett első BAFTA-díjas 3D-s mozi. 2013-ban indította el A természet csodái című sorozatát, a következő évben az ő hangalámondásával jelent meg a BBC ultra HD felbontással készült Life Story sorozata. 2015-ben vele indult el a BBC Earth The Hunt (A vadászat) című műsora, és őt kérték fel a Bolygónk, a Föld sorozat 2016-os folytatásához is.

„A nagyszerű kommunikátorként és páratlan oktatóként” emlegetett Attenborough műsorait a közszolgálati televíziózás mintapéldájaként dicsérik. Munkássága, a televíziós ismeretterjesztésben kifejtett tevékenysége elismeréseként elhalmozták kitüntetésekkel: barátai között tudhatja II. Erzsébet királynőt, aki 1985-ben lovaggá ütötte, 2019-ben Chatham House-díjat, 2020-ban Lovagi Nagykeresztet adományozott neki. A britek nemzeti intézményként tekintenek rá, 2002-ben a 100 legnagyobb brit közé választották. Ő az egyedüli BAFTA-díjas, aki fekete-fehér, színes, HD és 3D műsorért is megkapta az elismerést, 2018-ban és 2019-ben kiváló narrátori munkájáért Primetime Emmy díjjal. Számos újonnan felfedezett fajt – köztük a Sylvicanthon attenboroughi szkarabeusz bogarat – neveztek el róla, 2019-ben személyesen avatta fel a nevére keresztelt új brit sarkkutató hajót.

Bejárta a Földet, hogy felkutassa az élővilág csodáit, Magyarországon a páratlanul gazdag szitakötő- és az Európa többi részéről szinte eltűnt tiszavirág-populációt mutatta be. 2002-ben kiadta, majd 2009-ben újra megjelentette Life on Air című önéletírását, 2015-ben a zene világába kirándulva a BBc Radio 1 adásában narrátorként vezette fel Adele Hello című új slágerének videoklipjét. 2020-ban Vilmos herceggel közösen megalapították az Earthshot Prize nevű „környezetvédelmi Nobel-díjat”. Korát meghazudtolva tesz tanúvallomást az Egy élet a bolygónkon (A Life on Our Planet) című tavalyi filmjében és narrátorként a The Year Earth Changed (Az év, amikor a Föld megváltozott) című idei dokumentumfilmben. A BBC One januárban mutatta be a Perfect Planet (A tökéletes bolygó) című ötrészes sorozatát, amelyben a Föld sérülékenységére, a természetes egyensúlyát tönkretevő ember felelősségére figyelmeztet. A Spektrum televízió a legendás tévés munkássága előtt tisztelegve a hétvégén 10 órányi filmet és sorozatot mutat be „a természet emberi hangjának” munkásságából.