Issu d'une famille juive d’origine russe, dont il est un membre de la troisième génération, il naît et grandit dans le quartier new-yorkais du Bronx. Il est le fils de Rose (Levine) et David Richard Doctorow qui choisissent son prénom, Edgar, en hommage à Edgar Allan Poe.
Il est l’auteur de plusieurs romans à succès qui mêlent histoire et critique sociale, dont Ragtime (1975), adapté au cinéma sous ce titre par Miloš Forman en 1981, et Billy Bathgate (1989), adapté lui aussi au cinéma sous ce titre par Robert Benton en 1991.
Il a comme ambition à travers ses romans d'embrasser la totalité du passé de sa ville et de son pays afin de remonter aux racines de l'histoire contemporaine.
Publié en français sous le titre Ragtime, trad Janine Hérisson, Paris, Robert Laffont, 1976 ; réédition, Paris, J'ai lu no 825, 1978 ; réédition, Paris, Laffont, Bibliothèque Pavillons, 2004
Loon Lake (1980)
Publié en français sous le titre Le Plongeon Lumme, trad Jean- Pierre Carasso, Paris, Robert Laffont, 1982
American Anthem (1982)
World's Fair (1985)
Publié en français sous le titre L'Exposition universelle, trad Claudia Ancelot, Paris, Robert Laffont, Pavillons, 1988. Le roman remporte le National Book Award1986
Publié en français sous le titre Billy Bathgate, trad. Michel Lederer, Paris, Julliard, 1990 ; réédition, Paris, 10/18 no 2366, 1993 ; réédition, Paris, Éditions de L'Olivier, Petite bibliothèque de l'Olivier no 55, 2003
The Waterworks (1994)
Publié en français sous le titre La Machine d'eau de Manhattan, trad Michel Lederer, Paris, Flammarion 1996
City of God (2000)
Publié en français sous le titre Cité de Dieu, trad Jacqueline Huet et Jean-Pierre Carasso, Paris, Éditions de L'Olivier, 2003 ; réédition, Paris, Points no 1796, 2007
Publié en français sous le titre Homer & Langley, trad Christine Le Bœuf, Arles, Actes Sud, 2012
Andrew's Brain: A Novel (2014), un neuro-roman sur la vie et les désillusions d'Andrew ; l'intrigue évoque un huis clos avec, et son psychiatre, et sa conscience morale. Le dernier roman de l'auteur avant son décès.
Publié en français sous le titre Dans la tête d’Andrew, trad Anne Rabinovitch, Arles, Actes Sud, 2016