Второй сын известного русского писателя Леонида Николаевича Андреева (1871—1919) и внучатой племянницы Тараса Шевченко Александры Михайловны Андреевой (урожд. Велигорской; 1881—1906) родился в берлинском районе Грюневальд по адресу Гербертштрассе, 26.
28 октября / 15 ноября (н.ст.) от послеродовой горячки умирает А. М. Андреева. Потрясенный отец обвиняет новорожденного сына в гибели любимой супруги, и бабушка Евфросинья Варфоломеевна Велигорская (урожд. Шевченко; 1846—1913) увозит мальчика в Москву, в семью другой своей дочери, Елизаветы Михайловны Добровой (урожд. Велигорской; 1868—1942), жены известного московского врача Филиппа Александровича Доброва. Жили в это время Добровы в доме Чулкова (№ 38), на углу Арбата и Спасопесковского переулка. Даниил много болел, его с трудом выходили. Позже Добровы поселяются в Малом Левшинском переулке.
От болеющего шестилетнего Андреева заражается дифтерией и умирает бабушка. Тем же летом на даче на Чёрной речке под Петербургом мальчика в последний момент останавливают на мосту через реку: он хотел утопиться, страстно желая поскорее увидеть вновь маму и бабушку.
Окруженный заботой и вниманием, мальчик воспитывался в семье тети как родной сын. Дом Добровых являлся одним из литературных и музыкальных центров тогдашней Москвы, в нем бывали И. А. Бунин, М.Горький (крестный отец Даниила), А. Н. Скрябин, Ф. И. Шаляпин, актеры Художественного театра и др. Под влиянием атмосферы дома мальчик рано начинает писать стихи и прозу.
Весной 1915 года появляется первое стихотворение «Сад». В этом же году пишутся первые рассказы «Путешествие насекомых» и «Жизнь допотопных животных» (не сохранились). Также в детстве, по воспоминаниям супруги А. А. Андреевой, Даниил пишет огромную эпопею, где действие разворачивается в выдуманном межпланетном пространстве. В детской на уровне своего роста мальчик рисует портреты правителей выдуманной им династии.
В сентябре 1917 года Андреев поступает в Московскую гимназию Е. А. Репман (Никитский бульвар д. 9/10), которую заканчивает в 1923 году. В 1924 году он продолжает учебу в Высшем Литературно-художественном институте им. Брюсова (Высшие государственные литературные курсы Моспрофобра). Тогда же начинается работа над романом «Грешники». В 1926 году вступает в Союз поэтов (просуществовал до 1929 года).
В 14 лет, в августе 1921 года, в одном из скверов, окружавших храм Христа Спасителя, молодому Даниилу открывается картина «Небесного Кремля». Второе событие того же порядка, выражающееся в переживании Всемирной истории как единого мистического потока, с ним происходит в Пасху 1928 года в церкви Покрова-в-Левшине.
В конце августа 1926 года Андреев женится на Александре Львовне Гублёр (псевдоним Горобова; 1907—1985), учившейся вместе с ним на Высших государственных литературных курсах. Венчание проходит в храме Воскресенья Словущего на Успенском вражке. Брак длится недолго и распадается к концу второго месяца. В феврале 1927 года супруги официально разводятся, и Андреев уходит с Высших государственных литературных курсов.
В 1928 году появляются поэма «Красная Москва» (не сохранилась), продолжается работа над романом «Грешники» (не сохранился), начат цикл «Катакомбы». Лето 1928 года проходит в Тарусе.
В 30-е годы Андреев работает художником-шрифтовиком, пишет рекламы и надписи, посвящая основное время и силы литературной деятельности. В 1930 году начинается работа над поэмой «Солнцеворот» (не сохранилась). Летом следующего года он знакомится с М. А. Волошиным, а 29 июля 1931 года на берегах Неруссы Андреев испытывает то, что было им названо Прорывом космического сознания.
С февраля по март 1932 года Андреев работает сначала литературным правщиком, а потом зав. соцбытсектором газеты на Московском заводе «Динамо», откуда уходит по собственному желанию. Летом того же года заканчивает сборник стихов «Дневник поэта» (уничтожен автором не позднее 1933 г.). В 1933 году Андреев начинает работу над сочинением «Контуры предварительной доктрины», оставшимся незаконченным, и над циклом «Предгорья». 20 октября 1934 года посещает Коктебель, пишет стихотворение «Могила М. Волошина».
В 1935 году Андреев вступает в московский Горком художников-оформителей. 8 сентября появляется «Запев» поэмы «Песнь о Монсальвате» (полностью поэма завершается в 1938 году). В 1937 году по совету Е. П. Пешковой пишет письмо И. В. Сталину с просьбой содействовать возвращению брата В. Л. Андреева из эмиграции. Осенью 1937 года Андреев приступает к работе над романом о духовных исканиях интеллигенции в эти годы «Странники ночи», задуманном как «эпопея духа» и портрет эпохи; прерванная войной, работа была почти завершена в 1947 году.
В начале марта 1937 года Андреев знакомится с Аллой Александровной Ивашевой-Мусатовой (урожд. Бружес; 1915—2005), которая через 8 лет становится его женой. Осужденная вместе с мужем и освободившись на год раньше него, А. А. Андреева стала опорой для Андреева в последние годы заключения и в тяжелые годы после. Сохранив наследие мужа, А. А. Андреева сделала возможным публикацию его основных работ в конце ХХ века.
В конце апреля 1941 года умирает Ф. А. Добров, которого Андреев считал своим приемным отцом. В годы Великой Отечественной войны Андреев работает над поэмами «Янтари» (1942) и «Германцы» (не завершена), заканчивает цикл стихотворений «Катакомбы» (1928—1941). В июле 1942 года умирает Е. М. Доброва (урожд. Велигорская).
В октябре 1942 года Андреева призывают в армию. В составе 196-й Краснознаменной стрелковой дивизии по льду Ладожского озера в январе 1943 года Андреев входит в блокадный Ленинград. Состоял в похоронной команде, был санитаром, художником-оформителем. 25 июня 1945 года признается инвалидом Великой Отечественной войны 2-й группы с пенсией 300 руб.
После войны возвращается в Москву, работает художником-оформителем в Музее связи.
4 ноября 1945 года зарегистрирован брак Андреева с А. А. Ивашевой-Мусатовой (урожд. Бружес).
В начале 1947 года Андреев работает над завершением романа «Странники ночи» (остались ненаписанными две главы); обдумывает второй роман предполагаемой трилогии — «Небесный Кремль», в котором должен был воплотиться фронтовой опыт автора.
21 апреля 1947 Андреева арестовывают по 58-й статье, причиной чему послужил донос и роман «Странники ночи». 23 апреля арестовывают А. А. Андрееву. Обвиненный в создании антисоветской группы, антисоветской агитации и террористических намерениях, Андреев получает по приговору Особого совещания при МГБ СССР 25 лет тюрьмы (высшая мера наказания в СССР на тот момент) по статьям 19-58-8, 58-10 ч.2, 58-11 УК РСФСР. Вместе с ним приговариваются к заключению на срок от 10 до 25 лет в исправительно-трудовых лагерях 19 его родственников и близких друзей. Все, написанное Андреевым до ареста, уничтожается МГБ.
27 ноября 1948 года Андреева конвоируют из Лефортовской тюрьмы МГБ во Владимирскую тюрьму № 2 («Владимирский централ»).
В 1950 году Андреев завершает работу над поэмой «Немереча» (1937—1950), формируется поэтическая книга «Русские октавы». В декабре 1950 года создается поэма «Симфония городского дня». 23 декабря начинается работа над «Железной мистерией», 24 декабря — над «Розой мира».
В 1951 году Андреев работает над «Утренней ораторией», в феврале создает поэму «Гибель Грозного». В 1952 году начинает работу над первым вариантом состава книги «Русские боги» (завершена в 1953 году), создает поэму «Рух». В 1953 году Андреевым завершается работа над новеллами для книги «Новейший Плутарх. Иллюстрированный биографический словарь воображаемых знаменитых деятелей всех стран и времен от А до Я», написанной им совместно с соседями по «академической» камере, историком Л. Л. Раковым и физиологом В. В. Париным. Завершается поэма «Ленинградский Апокалипсис» (1949—1953). В октябре-ноябре 1953 года, до перевода в другую камеру, Андреев испытывает мистические переживания, которые позже назовет беспрецедентными по своей грандиозности.
10 ноября 1954 года Андреев пишет заявление на имя Председателя Совета Министров СССР Г. М. Маленкова: «Не убедившись еще в существовании в нашей стране подлинных, гарантированных демократических свобод, я и сейчас не могу встать на позицию полного и безоговорочного принятия советского строя». В конце 1954 года Андреев переносит инфаркт миокарда. В 1955 году работает над поэмами «Навна» и «У демонов возмездия». 8 февраля 1956 года в лагерной больнице умирает двоюродная сестра Андреева А. Ф. Коваленская (урожд. Доброва). 2 мая 1956 года завершается работа над «Железной мистерией» (1950—1956). 10 августа освобождают из лагеря А. А. Андрееву.
23 августа 1956 года Комиссией Президиума Верховного Совета СССР вынесено постановление: «Считать необоснованным осуждение по статьям УК 19-58-8, 58-11, снизить меру наказания до 10 лет тюремного наказания по статье 58-10, ч.2». 24 августа состоялось первое после ареста свидание Андреева с женой во Владимирской тюрьме. 17 ноября определением Верховного суда СССР постановление ОСО от 30 октября 1948 года отменено, и дело Д. Л. Андреева направлено на доследование.
23 апреля 1957 года Андреев освобождается из-под стражи (Справка № 435 от 23 апреля 1957 года). 21 июня Пленум Верховного Суда СССР пересматривает дело Д. Л. Андреева и отменяет обвинения в его адрес. 11 июля 1957 года Андреев реабилитирован.
Летом 1957 года в д. Копаново Рязанской области тяжело болеющий пневмонией Д.Андреев после 40 с лишним лет разлуки встречается со старшим братом Вадимом. В ноябре 1957 года Андреев с женой поселяются в Москве в комнате по адресу Ащеулов переулок, д. 14/1, кв.4. 22 ноября Андреев вновь получает статус инвалида второй группы и ему назначается пенсия 347 рублей. 30 ноября в Доме инвалидов в Потьме умирает двоюродный брат Андреева А. Ф. Добров. В конце 1957 года Андреев совместно с З. Рахимом работает над переводом трех рассказов японской писательницы Фумико Хаяси (книга Ф.Хаяси «Шесть рассказов»).
12 февраля 1958 года Андреев пишет письмо в ЦК КПСС, в котором просит ознакомиться с прилагаемыми поэтическими произведениями: «Жить, не разговаривая с людьми и скрывая буквально от всех свое творчество — не только тяжело, но и невыносимо», после чего 26 февраля вызывается в ЦК.
Весной 1958 года после обострения стенокардии и атеросклероза Андреев попадает в больницу Института терапии АМН СССР. 4 июня протоиерей Николай Голубцов проводит венчание Даниила и Аллы Андреевых в Ризоположенском храме на Шаболовке, после которого они отправляются в путешествие на пароходе «Помяловский» по маршруту «Москва — Уфа — Москва». 5 июля 1958 года Андреев заканчивает одиннадцатую книгу «Розы Мира», а 12 октября — весь трактат.
В октябре 1958 года завершается работа над циклом стихотворений «Сказание о Яросвете» и поэма в прозе «Изнанка мира». В ночь на 19 октября Андреев пишет свое последнее стихотворение «Когда-то раньше в расцвете сил…», в котором молит о спасении своих рукописей. В начале ноября составляется цикл стихотворений «Святорусские духи». 14 ноября, сразу по возвращении из Горячего Ключа в Москву, Андреев помещается в больницу Института терапии АМН СССР.
23 января 1959 года А. А. Андреева получает ордер на комнату в двухкомнатной коммунальной квартире по адресу Ленинский проспект, д.82/2, кв.165, в которой Андреев проживет последние сорок дней своей жизни, постоянно терзаемый сердечными приступами.
Умер Даниил Андреев 30 марта 1959 года. 3 апреля состоялось отпевание Андреева в храме Ризоположения на Шаболовке (отпевал протоиерей Николай Голубцов) и похороны на Новодевичьем кладбище рядом с могилой матери.
Ни одно произведение Андреева не было издано при жизни.