Il passe sa jeunesse sur un ranch texan, près de la petite ville d'Archer City qui lui servira de modèle pour situer l'action de certaines ses œuvres de fiction ultérieures. Il fait ses études supérieures aux universités North Texas et Rice. Il réside encore aujourd'hui à Archer City où il a ouvert en 1988 une des plus grandes librairies indépendantes des États-Unis.
Il amorce en 1961 une prolifique carrière littéraire avec Horseman, Pass By qui reçoit un excellent accueil critique et public avant d'être adapté au cinéma par Martin Ritt en 1963 sous le titre Le Plus Sauvage d'entre tous (Hud), avec Paul Newman, Melvyn Douglas et Patricia Neal. Plusieurs de ses romans sont intégrés dans des séries romanesques qui décrivent avec sensibilité la classe moyenne, le mythe du cowboy et le monde rural, notamment celle ayant pour héros Duane Moore, qui s'ouvre avec La Dernière Séance (The Last Picture Show), dont McMurtry tire un scénario pour le film de même nom réalisé par Peter Bogdanovich en 1971, qui lui vaut d'être nommé à l'Oscar du meilleur scénario adapté.
Il est aussi connu pour son prix Pulitzer pour le roman Lonesome Dove qui a été adapté en un feuilleton télé, mais également pour le roman Tendres Passions (Terms of Endearment, 1975) qui devient le film du même nom, gagnant de l'Oscar du meilleur film, réalisé par James L. Brooks en 1983, avec Shirley MacLaine, Jack Nicholson et Debra Winger.
Depuis 1992, il écrit ses scénarios avec Diana Ossana avec laquelle il signe notamment celui du film Le Secret de Brokeback Mountain, inspiré par la nouvelle Brokeback Mountain d'Annie Proulx et pour lequel il remporte de nombreux prix cinématographiques en 2006, dont l'Oscar du meilleur scénario adapté.
Depuis 2002, avec sa série Berrybender Narratives, il lorgne vers le roman policier et le roman western.