Родился в семье преуспевающего лондонского адвоката. В возрасте 9 лет Пирсон был отправлен в университетскую школу колледжа в Лондоне, где он учился до 16 лет.

В 1875 году занял второе место на экзаменах в Кембридж и получил стипендию в Королевский колледж.

Закончил Кембриджский университет в 1879 году. Затем изучал физику, римское право, немецкую литературу и социализм в Гейдельбергском и Берлинском университетах. С 1884 по 1911 годы — профессор прикладной математики и механики Университетского колледжа (Лондон), где вначале занимался задачами теории упругости. С 1892 года, под влиянием Рафаэля Уэлдона, Пирсон сосредоточился на математической статистике и эволюционной биологии.

В 1896 году Пирсон был избран членом Королевского общества, в 1898 году был награждён Медалью Дарвина.

Также Пирсон получил почетную степень в университете Сент-Эндрюса и в Лондонском университете, был избран членом Королевского общества Эдинбурга.

С 1911 года, после смерти Фрэнсиса Гальтона, Пирсон стал директором лаборатории евгеники Университетского колледжа. В этот период его деятельность исключительно активна и в области математики, и в области биологии; свою невероятную работоспособность Пирсон в шутку объяснял привычкой не отвечать во время работы на телефонные звонки и никогда не участвовать в оргкомитетах.