Chế Linh tên thật là Jamlen (Trà-len), tên Việt là Lưu Văn Liên, sinh ngày 3 tháng 4 năm 1942[1] tại Paley Hamu Tanran, gần Phan Rang (nay thuộc làng Hữu Đức, xã Phước Hữu, Ninh Phước - Ninh Thuận). Cha mất sớm khi Chế Linh mới được 4 tuổi. Sau khi học hết bậc tiểu học chương trình Pháp ở trường làng và được các linh mục Pháp trong trường hướng dẫn về căn bản nhạc lý, Chế Linh theo học tiếp bậc trung học tại trường Bồ Đề Phan Rang.

Tháng 8 năm 1959, ông quyết định vào Sài Gòn một mình vì không chịu đựng nổi chính sách kỳ thị của nền Đệ Nhất Cộng Hoà, thời tổng thống Ngô Đình Diệm. Ông làm việc cho một ông chủ người Hoa rất tốt bụng – người này đã giúp đỡ Chế Linh đi học và trả lương rất hậu cho Chế Linh giúp việc trong nhà như nấu ăn và coi con cho ông ta.

Năm 1962, đoàn văn nghệ Biệt Chính Biên Hòa cần tuyển ca sĩ để theo đoàn đi hát trong các miệt làng xa tại Biên Hòa. Chế Linh đã theo đoàn này hát cùng với Châu Kỳ, Trúc Phương vì tiền lương rất nhiều.

Hai năm sau, đoàn văn nghệ tan rã, Chế Linh chuyển sang làm tài xế chở đá tại núi Bửu Long (Biên Hòa) chung với nhạc sĩ Bằng Giang. Vừa làm việc, vừa luyện giọng và viết nhạc – tình yêu âm nhạc đã bắt đầu nảy nở trong Chế Linh. Nhạc sĩ Bằng Giang là người hiểu rõ ý định của ông nên khi nhận thấy ông đủ sức đã khuyên ông theo nghề ca hát. Nhiều bài hát nổi tiếng được ông cùng Bằng Giang sáng tác như Bài ca kỷ niệm, Đêm buồn tỉnh lẻ, Đoạn tái bút,... Không lâu sau, Châu Kỳ và Trúc Phương tìm ra chỗ ở của Chế Linh và khuyên ông trở về Sài Gòn. Hai người quyết định sáng tác cho riêng Chế Linh những nhạc phẩm về lính, không nhắm đặc biệt vào một binh chủng nào và lời ca dễ hiểu.[3]

Năm 1964, Chế Linh hợp tác với công ty Continental cho ra đời đĩa nhạc đầu tay Vùng biển trời và màu áo em và sau đó ký hợp đồng với công ty Đĩa Hát Việt Nam.

Mặc dù ca sĩ nữ song ca đầu tiên với ông là Thanh Tâm, nhưng Thanh Tuyền mới là người song ca ăn ý nhất. Khoảng 1967–1968, nhạc sĩ Nguyễn Văn Đông vì muốn có sự thay đổi và nhất là tránh cho thính giả nhàm chán với những nhạc phẩm đơn ca nên ông đã đưa ra sáng kiến là để Thanh Tuyền song ca với Chế Linh. Đĩa hát đầu tiên trong đó có nhạc phẩm Hái hoa rừng cho em của Trương Hoàng Xuân được tung ra thị trường và trở nên ăn khách một cách không ngờ. Những hãng đĩa khác sau đó đã tiếp tục khai thác cặp đôi song ca này.

Năm 1972, Chế Linh đoạt giải Kim Khánh – Huy chương vàng đệ nhất hạng nam ca, do nhật báo Trắng Đen tổ chức. Vì mùa hè đỏ lửa 1972 (Chiến dịch Xuân - Hè 1972), Chế Linh bị Chính phủ Việt Nam Cộng hòa cấm hát vì lời hát không phù hợp.

Sau sự kiện 30 tháng 4 năm 1975, ông bị chính quyền CHXHCN Việt Nam bắt tại Sông Mao, Mỹ Đức vì tội "phản động". Sau 28 tháng biệt giam, ông vượt biên thành công sang Malaysia, sau đó định cư tại Toronto, Canada. Tại đây, ông mở vài cơ sở kinh doanh và trình diễn nhiều nơi có người Việt cư ngụ.

Năm 2007, lần đầu tiên ông theo một đoàn văn hóa của UNESCO về thăm lại và biểu diễn tại Việt Nam.

Năm 2011, ông tổ chức liveshow 30 năm tái ngộ tại Hà Nội. Trong những năm sau đó, ông nhiều lần trở lại Việt Nam để du lịch và biểu diễn.