Nació el 8 de diciembre de 1936, en Hollywood, California, USA. Estudió en la Universidad de San Francisco y comenzó a trabajar como cantante.
Artista, músico, escultor, escritor, compositor, maestro de kung-fu, la estrella del cine y de la televisión David Carradine, es el hijo mayor del legendario actor de reparto John Carradine y ahora preside una familia de actores entre los que se encuentran sus hermanos Keith, Robert y Michael, su hija Kansas y sus sobrinas Ever Carradine y Martha Plimpton.
Tras dos años en el ejército, encontró trabajo en Nueva York como artista comercial y más tarde adquirió fama en Broadway en The Deputy y en The Royal Hunt of The Sun, interpretando a un príncipe azteca junto a Christopher Plummer, quien encarnaba al conquistador español.

De hecho, las posteriores interpretaciones de Carradine con frecuencia estuvieron ligadas a las artes marciales, como El círculo de hierro (de Richard Moore, 1978) y Lone Wolf McQuade (de Steve Carver, 1983). Curiosamente, Carradine apenas tenía conocimientos sobre artes marciales con anterioridad a su actuación en la serie Kung fu, pero desarrolló un gran interés por ellas a raíz de ésta, llegando a convertirse en un ávido practicante e incluso a escribir un libro sobre el tema.

Carradine también alternó personajes esquemáticos en películas inspiradas por los dibujos animados, como La carrera de la muerte del año 2000 (de Paul Bartel, 1975), con las interpretaciones más complejas, en las que ha brillado:

• Boxcar Bertha (de Martin Scorsese, en 1972),
• Esta tierra es mi tierra (de Hal Ashby, en 1976),
• El huevo de la serpiente (de Ingmar Bergman, en 1977),
• Forajidos de leyenda (de Walter Hill, en 1980),
• Río abajo (de José Luis Borau, en 1984), etc.

A principios de los años noventa dirigió, protagonizó y produjo una secuela de la serie de televisión Kung fu original (que en Hispanoamérica se llamó Kung fu: la leyenda continúa).

De entre sus últimas interpretaciones en la gran pantalla cabe destacar su papel de Bill en la película de Quentin Tarantino Kill Bill, actuando junto a Uma Thurman.

Además fue parte de una serie televisiva «de fantasmas», en la que actores famosos ingresaban a distintos lugares donde se encontraban con espíritus, y Carradine, era parte guía y persona de experiencia para ello llamado Celebrity Paranormal Project en el canal VH1. También actuó en la segunda temporada de Tiempo Final, serie trasmitida por el canal Fox.

En 2009 se estrenó la película Big Stan («El gran Stan» en España, y «A prueba de hombres» en Hispanoamérica), en la que Carradine hace el papel del cruel maestro de artes marciales del protagonista, recordando su etapa en la serie Kung fu.

El 4 de junio de 2009, Carradine fue hallado muerto en una habitación del hotel Park Nai Lert en Bangkok (Tailandia). Aunque los medios locales inicialmente informaron de que Carradine se había suicidado ahorcándose en la habitación de su hotel, más tarde su agente afirmó que la muerte del actor se habría producido por causas naturales. Informaciones posteriores indican que la muerte no fue por causas naturales ni tampoco un suicidio, sino una muerte accidental por asfixia autoinfligida o con el fin de aumentar su estimulación sexual durante una masturbación (asfixia autoerótica).
La policía de Tailandia no ha confirmado ninguna de estas versiones ni ha dado información oficial alguna, y la familia del actor solicitó formalmente al FBI que ayude a esclarecer las circunstancias de la muerte. Las autoridades de Tailandia accedieron a que el FBI observara su investigación, sin intervenir en ella. Días más tarde, el periódico tailandés Thai Rath publicó una foto del cadáver de Carradine en el lugar donde fue encontrado, causando la indignación de los familiares del actor, quienes amenazaron con tomar acciones legales contra esa publicación.