Пьетро Помпонацци родился 16 сентября 1462 года в Мантуе в знатной семье . Он получил образование в Падуанском университете, где изучал философию и медицину, и стал доктором наук в 1487 году.
Его академическая карьера началась в Падуе, где он с 1488 года был профессором философии, а затем занял кафедру натуральной философии. После временного закрытия университета в 1509 году он преподавал в Ферраре, а с 1512 года и до самой смерти был профессором в Болонском университете, где его лекции пользовались большим успехом.
В 1516 году он опубликовал свой главный труд «Трактат о бессмертии души». В нём он, следуя традиции аристотелизма и опираясь на комментарии Александра Афродисийского, утверждал, что в границах естественного разума нельзя доказать бессмертие индивидуальной души, которая неотделима от тела и, следовательно, смертна. При этом он допускал, что бессмертие является истиной веры, и его трактат был частью полемики с томизмом и аверроизмом.
Это сочинение вызвало бурю негодования со стороны ортодоксальных католиков. В 1518 году труд был публично сожжён в Венеции. Однако самому Помпонацци удалось избежать сурового наказания, вероятно, благодаря заступничеству влиятельных покровителей. В ответ на нападки он выпустил «Апологию» (1518) и «Защитительную речь» (1519), где последовательно защищал своё право на независимое толкование Аристотеля.
В 1520 году он создал трактат «О причинах естественных явлений, или О чародействе», где давал натуралистическое объяснение чудесам, отрицал существование демонов и веру в колдовство. В том же году он завершил работу «О фатуме, свободе воли и предопределении», где выступил с позиций всеобщего детерминизма, близкого к стоицизму. Оба этих произведения были изданы уже после его смерти.
Помпонацци считается одним из главных представителей ренессансного аристотелизма. Его учение, основанное на концепции «двойственной истины» (разделении философии и веры), оказало значительное влияние на развитие европейского свободомыслия.
Пьетро Помпонацци скончался в Болонье 18 мая 1525 года.