Đoàn Giỏi còn có tên Đoàn Văn Hòa, quê quán tại xã Tân Hiệp, huyện Châu Thành, tỉnh Mỹ Tho (ngày nay là xã Tân Hiệp, huyện Châu Thành, tỉnh Tiền Giang). Ông xuất thân trong một gia đình địa chủ lớn, có hàng trăm mẫu ruộng màu mỡ ven sông Tiền.
Cha ông là Đoàn Vàng, còn gọi là Cò Vàng, có ba người vợ và 18 người con, trong đó mẹ Đoàn Giỏi là vợ cả. Ông là con thứ tư, nên được gọi là Anh Năm.
Ông từng theo học tại trường Mỹ thuật Gia Định trong những năm 1939-1940.[2] Khi cách mạng tháng Tám thành công và toàn quốc kháng chiến bùng nổ, gia đình ông đã tự nguyện hiến toàn bộ nhà cửa, ruộng đất cho chính quyền Việt Minh trong đó có tòa nhà trụ sở Ủy ban nhân dân huyện Châu Thành ngày nay.
Ông tham gia cách mạng năm 1945, đến năm 1947 làm Trưởng công an phụ trách 10 xã của huyện Châu Thành rồi Phó trưởng Ty thông tin Rạch Giá năm 1949.[2] Giai đoạn 1949 - 1954, ông công tác tại Chi hội Văn nghệ Nam Bộ, viết bài cho tạp chí Lá Lúa, rồi tạp chí Văn nghệ Miền Nam.
Sau 1954, ông tập kết ra Bắc, đến năm 1955 thì chuyển sang sáng tác và biên tập sách báo, công tác tại Đài Tiếng nói Việt Nam, rồi Hội Văn nghệ Việt Nam. Ông cũng tham gia Ban chấp hành Hội Nhà văn Việt Nam các khóa I, II, III và là Đảng viên Đảng Cộng sản Việt Nam. Đoàn Giỏi còn có các bút danh khác là Nguyễn Hoài, Nguyễn Phú Lễ, Huyền Tư.
Sau khi người vợ đầu qua đời năm 1969, ông kết hôn với người vợ sau tên là Lục.[3] Tại Hà Nội, ông ở khu nhà tập thể ở số 2 phố Cổ Tân, gần Nhà hát lớn Hà Nội (ở nhờ của NXB Tác Phẩm Mới). Con trai duy nhất của ông với vợ đầu là Đoàn Quang Viễn (đã mất) cũng có một con trai (Đoàn Quang Minh). Người vợ thứ hai có con gái riêng, tên Thái Hà, gọi ông là dượng. Con trai của ông mắc bệnh và qua đời sớm lúc hơn 40 tuổi.[4]
Sau năm 1975, ông có lúc trở về miền Nam, công tác tại Hội Văn nghệ Thành phố Hồ Chí Minh và tiếp tục sáng tác về Nam Bộ.[1]
Ông mất ngày 2 tháng 4 năm 1989 tại Thành phố Hồ Chí Minh vì bệnh ung thư gan.
Ngày 7 tháng 4 năm 2000, Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh ra quyết định đặt tên ông cho một phố thuộc Quận Tân Phú.