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Linus Carl Pauling wurde am 28. Februar 1901 in Portland, Oregon, als Sohn des Drogisten Herman Henry William Pauling, der zwar in Missouri geboren wurde, aber deutscher Abstammung war, und seiner Frau Lucy Isabelle Darling, die in Oregon geboren wurde und englisch-schottischer Abstammung war, geboren.
Linus besuchte die öffentlichen Grund- und Oberschulen in der Stadt Condon und in der Stadt Portland, Oregon, und trat 1917 in das Oregon State College ein, wo er 1922 den Grad eines B.Sc. in Chemieingenieurwesen erhielt. In den Jahren 1919-1920 war er als Vollzeitlehrer für quantitative Analyse am State College tätig. Danach wurde er als Teaching Fellow für Chemie an das California Institute of Technology berufen und war dort von 1922 bis 1925 Doktorand bei Professor Roscoe G. Dickinson und Richard C. Tolman. 1925 erhielt er den Doktortitel (summa cum laude) in Chemie, mit Nebenfächern in Physik und Mathematik.
Seit 1919 lag sein Interesse auf dem Gebiet der Molekularstruktur und der Natur der chemischen Bindung, inspiriert durch Arbeiten von Irving Langmuir über die Anwendung der Lewis-Theorie der Aufteilung von Elektronenpaaren zwischen Atomen auf viele Substanzen. Im Jahr 1921 schlug er ein Experiment zur Ausrichtung von Eisenatomen durch ein Magnetfeld vor und versuchte es auch durchzuführen, und zwar durch die elektrolytische Abscheidung einer Eisenschicht in einem starken Magnetfeld und die Bestimmung der Ausrichtung der Eisenkristalle durch Polieren und Ätzen der Abscheidung und mikroskopische Untersuchung der Ätzfiguren. Mit Professor Dickinson begann er 1922 die experimentelle Bestimmung der Strukturen einiger Kristalle und begann auch mit theoretischen Arbeiten über die Natur der chemischen Bindung.
Nach seiner Berufung in den Stab des California Institute of Technology wurde Professor Pauling 1925 zum Research Associate, 1925-1926 zum National Research Fellow in Chemistry, 1926-1927 zum Fellow der John Simon Guggenheim Memorial Foundation (durch letztere arbeitete er an europäischen Universitäten mit Sommerfeld, Schrödinger und Bohr); Assistenzprofessor für Chemie, 1927-1929; außerordentlicher Professor, 1929-1931; Professor, 1931, als er der erste Empfänger des Preises der American Chemical Society in reiner Chemie – des Langmuir-Preises – war, und Vorsitzender der Abteilung für Chemie und chemische Technik sowie Direktor der Gates- und Crellin-Labors für Chemie, 1936-1958. 1963 wurde er mit dem Friedensnobelpreis ausgezeichnet.
Pauling ist Mitglied zahlreicher Fachgesellschaften in den USA sowie in vielen europäischen Ländern, Indien, Japan und Chile. Preise, Medaillen und Ehrentitel wurden ihm in Amerika und Europa überreicht, außerdem wurde er 1960 zum Rationalisten des Jahres und 1961 zum Humanisten des Jahres gewählt. Aus seiner Feder stammen mehrere Bücher, von seinem berühmtesten The Nature of the Chemical Bond, and the Structure of Molecules and Crystals (1939, 1949, 1960) über General Chemistry (1947, 1953), das in neun Sprachen übersetzt wurde, bis No More War! (1958, 1959, 1962).
Die Themen seiner Veröffentlichungen spiegeln seine große wissenschaftliche Vielseitigkeit wider: etwa 350 Publikationen auf den Gebieten der experimentellen Bestimmung der Struktur von Kristallen durch die Beugung von Röntgenstrahlen und der Interpretation dieser Strukturen in Bezug auf die Radien und andere Eigenschaften von Atomen; die Anwendung der Quantenmechanik auf physikalische und chemische Probleme, einschließlich dielektrischer Konstanten, Röntgendoppelts, Impulsverteilung von Elektronen in Atomen, Rotationsbewegung von Molekülen in Kristallen, Van-der-Waals-Kräfte, etc.die Struktur von Metallen und intermetallischen Verbindungen, die Theorie des Ferromagnetismus; die Natur der chemischen Bindung, einschließlich des Resonanzphänomens in der Chemie; die experimentelle Bestimmung der Struktur von Gasmolekülen durch die Beugung von Elektronen; die Struktur von Proteinen; die Struktur von Antikörpern und die Natur serologischer Reaktionen; die Struktur und die Eigenschaften von Hämoglobin und verwandten Substanzen; abnormale Hämoglobinmoleküle in Bezug auf die hereditären hämolytischen Anämien; die molekulare Theorie der allgemeinen Anästhesie; ein Instrument zur Bestimmung des Partialdrucks von Sauerstoff in einem Gas; und andere Themen.