Levi besuchte das renommierte Liceo Classico Massimo d’Azeglio und studierte anschließend Chemie an der Universität Turin. Er schloss sein Studium 1941 mit Auszeichnung ab, doch sein Diplom trug den Vermerk „jüdischer Rasse“, denn unter dem faschistischen Regime Benito Mussolinis und später den Rassengesetzen von 1938 wurden Juden zunehmend diskriminiert und aus dem öffentlichen Leben verdrängt. Trotz der widrigen Umstände arbeitete er zunächst in verschiedenen Laboren und fand Wege, seine berufliche Tätigkeit fortzusetzen.
Als die Situation sich verschärfte und die deutsche Besatzung nach dem Sturz Mussolinis einsetzte, schloss sich Levi im Herbst 1943 einer kleinen Gruppe von Partisanen im Norden Italiens an. Die Gruppe war jedoch schlecht organisiert und wurde bald verraten. Im Dezember 1943 wurde Levi verhaftet. Zunächst als Partisan interniert, gab er bei Verhören seine jüdische Identität an, woraufhin er im Februar 1944 nach Auschwitz deportiert wurde. Im Konzentrations- und Vernichtungslager Auschwitz-Monowitz (Auschwitz III) wurde er als Zwangsarbeiter in der Buna-Fabrik der IG Farben eingesetzt, wo synthetischer Kautschuk hergestellt werden sollte. Dank seiner chemischen Kenntnisse und eines glücklichen Zufalls – unter anderem einer Erkrankung, die ihn in die Krankenbaracke brachte – überlebte er die letzten Monate des Lagers, als die SS die Häftlinge bei der Räumung auf Todesmärsche schickte. Am 27. Januar 1945 wurde er von der Roten Armee befreit.
Die Rückkehr nach Italien gestaltete sich lang und beschwerlich. Levi beschrieb sie später in seinem Buch „Die Atempause“ (La tregua). Zurück in Turin, heiratete er 1947 Lucia Morpurgo, mit der er zwei Kinder bekam: Lisa und Renzo. Beruflich arbeitete er jahrzehntelang als Chemiker in einer Lack- und Farbenfabrik, wo er bis 1974 tätig war und schließlich zum technischen Direktor aufstieg. Das Schreiben blieb jedoch seine eigentliche Berufung, die er als „zweites Handwerk“ bezeichnete.
Bereits 1947 veröffentlichte er sein erstes und wohl bekanntestes Werk „Ist das ein Mensch?“ (Se questo è un uomo), das in Deutschland unter dem Titel „Wenn dies ein Mensch ist“ oder „Survival in Auschwitz“ erschien. In nüchterner, präziser und zugleich tief menschlicher Sprache schildert Levi das Lagerleben, die Dehumanisierung, die Mechanismen der Macht und die kleinen Akte der Solidarität, die das Überleben möglich machten. Das Buch wurde zunächst nur zögerlich aufgenommen, erlangte aber später weltweite Anerkennung als eines der wichtigsten literarischen Zeugnisse des Holocaust. Levi schrieb mit der Distanz des Chemikers und der Sensibilität des Schriftstellers; er wollte nicht nur anklagen, sondern verstehen, wie normale Menschen zu Tätern oder Opfern werden konnten.
In den folgenden Jahrzehnten entstand ein umfangreiches Werk, das Autobiografie, Essay, Erzählung und Lyrik umfasste. Besonders hervorzuheben ist „Das Periodensystem“ (Il sistema periodico) von 1975, eine Sammlung autobiografischer Geschichten, die jeweils einem chemischen Element zugeordnet sind. Das Buch verbindet auf einzigartige Weise seine wissenschaftliche Welt mit persönlichen Erlebnissen und wurde vom Royal Institution sogar zum besten Wissenschaftsbuch aller Zeiten gekürt. Weitere wichtige Werke sind „Die Atempause“, „Die Untergegangenen und die Geretteten“ (I sommersi e i salvati) – eine späte, nachdenkliche Reflexion über Moral, Erinnerung und die Grenzen des Verstehens – sowie Kurzgeschichten und Romane wie „Wann, wenn nicht jetzt?“. Levi blieb zeitlebens ein aufmerksamer Beobachter der menschlichen Natur, der die Verletzlichkeit der Zivilisation und die Gefahren von Totalitarismus und Gleichgültigkeit thematisierte.
Primo Levi starb am 11. April 1987 in Turin, nachdem er aus dem Treppenhaus seines Hauses gestürzt war. Ob es sich um Suizid handelte oder einen Unfall, blieb umstritten; er litt in seinen letzten Jahren unter Depressionen, die auch mit der Last der Erinnerungen zusammenhingen.
Sein Tod löste weltweite Trauer aus. Levi gilt bis heute als eine der moralisch integersten Stimmen des 20. Jahrhunderts – ein Humanist, der mit Klarheit, Bescheidenheit und intellektueller Schärfe gegen das Vergessen und für die Würde des Menschen eintrat. Seine Texte werden weltweit gelesen und bleiben eine unverzichtbare Mahnung, die Grausamkeiten der Vergangenheit nicht zu vergessen und die Bedingungen zu erkennen, unter denen sie möglich wurden.
