1938年（昭和13年）、横須賀市に3人姉弟の長男として生まれる。祖母は仙台藩家老中野家の娘だという。手塚治虫の影響を受け、中学2年生で大学ノートに処女小説『消えたX』（長編SF）を執筆、級友に回覧され人気を博し、小説家を志す。神奈川県立横須賀工業高等学校を経て1958年（昭和33年）に中央大学法学部に入学。1959年（昭和34年）、ハードボイルド小説「夜の干潮」が中央大学ペンクラブ会誌『白門文学』に掲載され、作品が初めて活字になる。1961年（昭和36年）、「殺人地帯」が『SFマガジン』の第1回空想科学小説コンテスト（ハヤカワ・SFコンテストの前身）で奨励賞を受賞する。1962年（昭和37年）、同人誌『宇宙塵』に発表した「レオノーラ」が『SFマガジン』に転載され、商業誌にデビューした。中央大学を卒業。日本マーチャンダイズでアルバイトを行いつつ、小説を執筆する。1963年（昭和38年）、原作を担当した漫画『8マン』（画：桑田次郎）が『週刊少年マガジン』誌上で連載開始。この漫画は『エイトマン』としてテレビアニメ化され、同時期の『鉄腕アトム』と並ぶ大ヒット作となる。当時はテレビアニメ創成期でSFを理解できる脚本家は少なく、原作者自らがシナリオを担当したほか、豊田有恒ら同時期デビューのSF作家仲間も脚本家として参加した。その後も漫画原作を手がけ、『エリート』（画：桑田次郎）、『超犬リープ』（画：桑田次郎）、『幻魔大戦』（共同原作および画：石森章太郎）などを相次いで発表する。また、1966年2月から、筒井康隆、豊田有恒、伊藤典夫、大伴昌司と共同で、SFプロ作家の評論を掲載する同人誌『SF新聞』を刊行したが、数号で休刊となった。1968年（昭和43年）、初の長編小説『メガロポリスの虎』を発表。編集者（福島正実）のOKが出ず3年間に5度も全面改稿し、喜びよりもただほっとした気持であったという。1969年（昭和44年）に発表した長編第2作『アンドロイドお雪』が好評で小説家として蘇生する。しかし同年、『狼男だよ』改竄事件が起こる。出版元の立風書房に抗議したことからその親会社の学習研究社と争い、翌年に正本が出版されたものの大手出版社からの出版の話はなくなり、小説の仕事が来なくなった。1970年（昭和45年）、『スパイダーマン』（画：池上遼一）に漫画原作者として途中参加。また、『ウルフガイ』（画：坂口尚）も手がける。なお、『スパイダーマン』に提供したストーリーの中には、すでに発表されていた短編小説のアレンジや、漫画発表後まもなく「アダルト・ウルフガイ・シリーズ」に取り入れられたものも含まれている。1971年（昭和46年）、漫画『ウルフガイ』を小説化した『狼の紋章』を文庫本としてハヤカワSF文庫から発表。小説の文庫本書き下ろしを初めて試みた作家である。また、そのあとがきには当時の作者の心境が書き綴られ、書籍のあとがきのイメージを変えた。その後の多くの平井作品のイラストを担当する、生頼範義とのコンビもこの作品が最初である。同年には日本SFにおけるサイボーグテーマ作品の代表作『サイボーグ・ブルース』や、日本初のハチャハチャ小説『超革命的中学生集団』も書籍化され、小説家として再々スタートの年といえる。後の幻魔大戦シリーズに繋がる劇画ノベル『新幻魔大戦』（画：石森章太郎）を『SFマガジン』に連載したのもこの年である。翌年以降も「ウルフガイ」「アダルト・ウルフガイ」「ゾンビー・ハンター（死霊狩り）」などのシリーズ作品が大ヒットし、読者に支えられ人気作家となる。当時はファンレターにも全て返事を書いていたが、爆発的に増えた読者からのファンレターへの対応が創作活動に支障をきたすまでになる。1976年（昭和51年）、GLAの高橋佳子と出会う。人生観の激変により、当時執筆中だったアダルト・ウルフガイ・シリーズも路線変更となった（『人狼白書』以降）。一時期はGLAに関わり、高橋佳子の著書『真創世記』の編集協力も務めた。その後、宗教団体とは距離を置くことになるが、作品には作者の宗教観が反映されるようになる。1978年（昭和53年）、『死霊狩り』を完結させ、それまで自身の作品テーマとしていた "人類ダメ小説" にピリオドを打つ。この頃、中島梓が平井を「言霊使い」と評したのをきっかけに自身でも「言霊使い」を名乗るようになる。1979年（昭和54年）、自身がライフワークと公言する小説版の幻魔大戦シリーズ『幻魔大戦』『真幻魔大戦』に着手、その後、約5年間にわたり日常生活のほとんどをこの大長編シリーズの執筆に費やす。毎月、数百枚に及ぶ小説を書き続けるうち、激痛でペンが握れなくなったため1980年代初頭に当時発売されたばかりの富士通製ワープロOASYSを購入、以来親指シフトキーボードを愛用し作品を量産した。1984年（昭和59年）、偶然に高橋留美子の漫画『めぞん一刻』を読んだことにより、再び転機が訪れる。『めぞん一刻』については、作品の考察・批評した「『めぞん一刻』考」（『高橋留美子の優しい世界』に収録）を著しているほか、高橋との対談も行っている。そして「犬神明の言霊が来た」という理由で「幻魔大戦シリーズ」を中断し、それまで同作が連載されていた『SFアドベンチャー増刊 平井和正の幻魔宇宙』『SFアドベンチャー』誌に『黄金の少女』の連載を開始する。これにより、「ウルフガイ・シリーズ」再開となった。当時、生頼範義の後を受けるイラストレーターを探していた平井はムック誌『平井和正の幻魔宇宙』の投稿イラストから当時15歳の泉谷あゆみを抜擢する。泉谷は1985年（昭和60年）に『Wolfcrest』（講談社英語文庫）の挿絵でイラストレーターとしてデビューし、翌1986年（昭和61年）には17歳で単行本『ハルマゲドンの少女』のイラストを手がけた。1988年（昭和63年）より長編『地球樹の女神』を発表。著者には作品への責任があるとし、自身の文章に手を加えられることには徹底して抗議する姿勢から『地球樹の女神』は書籍化のたびに著者と出版社が対立、その後の多くの作品が電子媒体での出版や自主出版で発表されるきっかけとなった。1991年（平成3年）、新宗教のカリスマへの批判を含むエッセイ「平井和正『幻魔』を考える」を発表する。インターネットが普及する前のパソコン通信の頃からネットワーク上での活動を行っており、『週刊アスキー』にパソコンの利用レポートを不定期に掲載したり、自らWebサイトで積極的に情報を発信するなど、ITにも明るい一面を見せる。1994年（平成6年）、『ボヘミアンガラス・ストリート』を書籍の刊行に先立ち、アスキーからオンラインノベルとしてパソコン通信商用ネット10社で提供。オンライン出版のさきがけとなる。1999年（平成11年）、自ら出版社ルナテック（e文庫を運営）を立ち上げ、自主出版に活動の軸を置いていく。活動後期には、過去の作品を含めたほとんどの作品を電子書籍としてWebで発表・配信しており、携帯電話への作品配信もその最初期から行った。その後も、「月光魔術團シリーズ」、「21世紀8マン」、「アブダクション・シリーズ」など大河シリーズを書き続けた。2004年（平成16年）より、ライフワーク「幻魔大戦シリーズ」を再開させた。 2015年（平成27年）1月17日、急性心不全により神奈川県鎌倉市の病院において死去した。76歳没。生涯においてその作風は幅広く、世界観や人物描写は多くの人々を熱狂させた。キャラクターたちの仰々しいほどの立ち振る舞いや言葉は若い読者を魅了し、その作品に触れ後に文筆業に関わることになった人の多くが、自分も平井作品のようなものを書きたいと考えたという。死去後、第35回日本SF大賞功績賞を受賞した。