華佗早年遊學徐州，兼通數部經書。沛國相陳珪舉其為孝廉，太尉黃琬也徵辟他，他都不為所動。於鄉村行醫因醫術精湛名氣漸大因而求醫之人甚眾。
廣陵太守陳登因喜食魚膾（生魚片），胃中有大量寄生蟲而重病。雖經華佗醫治痊癒，但華佗提醒他此病三年後會復發，需要有良醫在側。三年後，果然復發，此時華佗不在，陳登病死。
《後漢書》及《三國志》二書都說華佗年近六十，但亦保持壯容，《後漢書》甚至說「時人以為仙」。
曹操頭風病嚴重，時常頭痛欲裂。知其醫術了得，特地把華佗招來看病，還想讓他成為自己的侍醫。但華佗本為士人，當時「醫」為一學問，非為職業，所以他以醫者身分被曹操召到左右，甚為不快；加上離家太久思念親人，便說得到家書，方向曹操請假。回家後又不想回到曹操身邊，稱妻患病告假，逾期不返。
曹操多次發書信召華佗，又要求郡縣長官將之遣回，但華佗不肯回去。曹操大怒，派人前去查訪，發現華佗之妻原來是詐病，便將華佗禁錮獄中。荀彧向曹操求情，曹操不許。
華佗受到獄卒的厚待，以《青囊書》一書贈給獄卒。可是獄卒因懼獲罪，只好婉拒，華佗也不強求，黯然將它燒毀。華佗最終身受嚴刑而死。在他被殺後不久，曹操的兒子曹沖病重，曹操後悔當初不應該處死華佗。（「太祖嘆曰，吾悔殺華佗。」《三國志》）
華佗有弟子吳普與樊阿頗得真傳；樊阿更善於針灸以華佗所教的「漆葉青黏散」保身年亦高達百多歲而頭髮不白，但已失傳。
隋書中記載有《華佗枕中炙刺經》一卷、《華佗觀形察色並三部脈經》一卷、《華佗方》十卷、《華佗內事》五卷。