خلیل ملکی در ۲۱ تیر سال ۱۲۸۰ در تبریز چشم به جهان گشود و پدرش از تجار مشروطه خواه تبریز بود. او پس از تحصیلات متوسطه به آلمان رفت و در رشته شیمی به تحصیل پرداخت و مانند بسیاری از جوانان آزادی‌خواه دیگر تحت تاثیر انقلاب روسیه قرار گرفت و به کمونیسم گرایش پیدا کرد. او در این باره در خاطرات خود می‌نویسد : «ما کمونیسم را انتخاب نکردیم، کمونیسم ما را انتخاب کرد». در آلمان به دلیل درگیری او با مقامات سفارت که می‌خواستند بر علل مرگ دانشجویی که بر اثر فشار آنان خودکشی کرده بود سرپوش بگذارند، بورس تحصیلی او به بهانه کمونیست بودن قطع شد و او ناچار به کار شد و در نهایت بدون اتمام رساله دکترای خود در سال ۱۳۱۲ به ایران بازگشت و دبیر شیمی دبیرستانهای پایتخت شد. او در آلمان با دکتر ارانی آشنا شده و عضو گروه ۵۳ نفر که متعاقب آن ۴ سال به زندان افتاد که این دوران زندان از او یک مبارز اندیشمند و یک انسان شجاع و آبدیده ساخت. خلیل ملکی پس از آزادی از زندان به حزب توده پیوست و در زمان دولت ائتلافی قوام و وزارت فرهنگ دکتر کشاورز، ملکی به مدیر کلی آن وزارتخانه منصوب شد و به حزب توده پیوست. سرانجام ملکی از این حزب انشعاب کرد و گرچه در معرض تندترین اهانت‌ها و تهمت‌ها قرار گرفت اما به راه خود ادامه داد و در حقیقت او ابداع کنندة مکتب سوسیالیسم ایرانی و نیروی سوم بود.
در اواخر اردیبهشت ۱۳۳۰ او با بقائی ائتلاف کرده و حزب زحمتکشان ملت ایران را تاسیس کردند و به حمایت از مصدق پرداختند اما پس از مقابله بقائی با مصدق، ملکی از او جدا شده و نیروی سوم را تشکیل داد که اعضای آن در حوادث ۹ اسفند و ۲۸ مرداد از حامیان اصلی مصدق بودند. همچنین ملکی گرچه از مخالفان رفراندوم مصدق برای انحلال مجلس بود اما قاطعانه از او حمایت کرد. از دیگر اعضای مهم حزب نیروی سوم می‌توان به دکتر مسعود حجازی و دکتر محمد علی خنجی اشاره کرد.
پس از کودتا ملکی را به زندان فلک‌الافلاک انداختند.
در غیاب ملکی نیروی سوم با بروز اختلافاتی بیش از پیش تضعیف شد و دو دستگی در آن ایجاد شد. ملکی پس از آزادی از زندان هم به کمک مهندس حسیبی که مخفی بود نطقی در مخالفت با قرارداد کنسرسیوم تهیه کرد و به افشاگری پرداخت.
پس از آن هم به انتشار نشریه ارزشمند نبرد زندگی پرداخت و در سال ۱۳۳۷ در صدد بر آمد تا نیروهای نهضت مقاومت ملی را در یک سازمان سیاسی گرد هم آورد و به شدت در تقویت این سازمان می‌کوشید و حتی در این راستا کنگره‌هایی با حضور نمایندگانی از دیگر کشورها هم برگزار نموده بود ولی بعدا او و یارانش را در جبهه ملی دوم نپذیرفتند و از جامعه سوسیالیستهای ایران که خلیل ملکی در راس آن بود دعوت به عمل نیامد. ملکی از این مساله بسیار رنجیده خاطر شد و نامه‌ای با خطاب به پدر بزرگوار ملت ایران (منظور او دکتر مصدق بود) نوشت و گلایه‌های خود را مطرح کرد و مصدق هم در پاسخ از این مساله ابراز نارضایتی کرده و از ملکی حمایت کرد.
ملکی پس از مخالفت با رفراندوم شاه به همراه ۸۰ نفر دیگر از سران جبهه ملی به زندان افتاد و پس از آزادی از زندان هم در تشکیل جبهه ملی سوم مشارکت فعال داشت و طی مکاتباتی با دکتر مصدق از او راهنمائی های لازم را دریافت نمود اما دیگر دیر شده بود و با یورش ساواک و وفات دکتر مصدق کار جبهه ملی سوم هم خاتمه یافت.
۲۸ مرداد ۱۳۴۴ ملکی بازداشت شد اما در دادگاه هم با قاطعیت از آرمانهایش دفاع کرد و از مصدق با نهایت احترام یاد کرد و به ۳ سال زندان محکوم شد و یک سال و نیم بعد صرفا در اثر فشار افکار عمومی اروپای غربی آزاد شد و در خانه تحت نظر قرار گرفت.
او در مرداد ۱۳۴۸ دچار دل درد شدیدی شد و هنگامیکه به او گفتند حیاتش بستگی به یک عمل جراحی دارد که به احتمال زیاد قلبش تحمل آنرا ندارد پس از وصیت به آنکه او را در کنار مزار شادروان دکتر مصدق در احمدآباد به خاک سپارند خود را به دست جراحان سپرد و ۲ ساعت بعد زیر عمل جراحی قلبش از حرکت بازایستاد.