Nacque a Londra, figlio di William Edward Graham Niven e di Henrietta Julia de Gacher. Suo padre morì durante la prima guerra mondiale  in Turchia nel 1915 e sua madre si risposò con sir Thomas Comyn-Platt. Dopo aver abitato a Stowe sull'Isola di Wight, ancora ragazzo Niven entrò alla Royal Military Academy Sandhurst, dove acquisì l'aspetto di ufficiale e gentiluomo che fu il suo "marchio" di fabbrica per tutta la vita. Arrivò a Hollywood durante gli anni trenta, iniziando a lavorare come comparsa in pellicole western. Firmò un contratto  e finalmente ebbe una parte più rilevante in La tragedia del Bounty (1935); da allora il suo successo crebbe grazie alle interpretazioni in La carica dei seicento (1936) e ne La voce nella tempesta (1939), L'ottava moglie di Barbablù (1938) e Situazione imbarazzante (1939). Durante la seconda guerra mondiale prestò servizio nell'esercito britannico, arrivando al grado di colonnello nei commando. Fra l'altro partecipò allo sbarco in Normandia. Nel 1940 Niven si sposò con Susan Rollo (1921-1946), l'aristocratica figlia di un pilota britannico. Dal matrimonio nacquero due figli, David Jr. e Jamie. Lei morì all'età di 25 anni per i postumi di una caduta accidentale.  A questo riuscito matrimonio, e alle tristi circostanze della morte, Niven dedicò toccanti pagine nell'autobiografia La luna è un pallone. La seconda moglie, che Niven conobbe in Inghilterra nel 1948, durante le riprese di Carlo di Scozia, e che sposò dieci giorni dopo averla conosciuta, fu Hjordis Paulina Tersmeden, indossatrice svedese e attrice mancata. Adottarono due figlie, Kristin e Fiona. Il matrimonio fu burrascoso quanto il precedente fu felice.  Al termine del conflitto riprese la carriera artistica, fino all'immenso successo riconquistato con il ruolo dell'elegante e raffinato Phileas Fogg ne Il giro del mondo in 80 giorni (1956). Vinse l'Oscar al miglior attore protagonista per la sua interpretazione del timido e solitario maggiore Pollock in Tavole separate (1958). Seguirono ruoli memorabili in drammi come Buongiorno tristezza (1958), I cannoni di Navarone (1961) e I due nemici (1962),  La pantera rosa (1963) . Negli anni settanta venne acclamato da pubblico e critica per due brillanti libri autobiografici: Bring On the Empty Horses (1975). Nel 1981 pubblicò un romanzo d'amore e avventura ambientato a Londra durante la seconda guerra mondiale, Va piano, torna presto. Colpito da una grave forma di sclerosi laterale amiotrofica,Niven morì nel 1983 nella sua residenza svizzera di Chteau-d'Œx.