Pawlak urodził się 5 września 1959 r. w miejscowości Model (obecne woj. mazowieckie). Jest absolwentem Wydziału Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej; w grudniu 1981 r. uczestniczył w strajkach na tej uczelni. Był członkiem Związku Młodzieży Wiejskiej oraz Niezależnego Zrzeszenia Studentów.
Od 1984 r. prowadzi 17-hektarowe gospodarstwo rolne we wsi Kamionka koło Pacyny (mazowieckie).
Pawlak karierę polityczną rozpoczął w 1985 r. wstępując do Zjednoczonego Stronnictwa Ludowego, z którego listy został w 1989 r. posłem Sejmu "kontraktowego". Po rozwiązaniu ZSL przeszedł do PSL "Odrodzenie". Od 1990 jest członkiem Polskiego Stronnictwa Ludowego; od czerwca 1991 r. do października 1997 r. - prezes Stronnictwa. Ponownie na czele ugrupowania stanął w 2005 r.
5 czerwca 1992 r., po upadku rządu Jana Olszewskiego, został desygnowany przez prezydenta Lecha Wałęsę na stanowisko premiera. Misja stworzenia chrześcijańsko-ludowo-liberalnego rządu zakończyła się jednak niepowodzeniem (tzw. "33 dni Pawlaka").
Ponownie został premierem po wyborach parlamentarnych w 1993 r. i stworzeniu rządu koalicyjnego SLD-PSL. Rzeczniczką jego rządu została wówczas miss Polski Ewa Wachowicz. "Premierowi się nie odmawia" - skomentowała swoją nominację Wachowicz. Po uchwaleniu przez Sejm wotum nieufności dla rządu Pawlak złożył w marcu 1995 dymisję gabinetu.
Kandydował w wyborach prezydenckich w 1995 r., zajmując piąte miejsce (4,4 proc.). Jego hasłami wyborczymi były: "Prawda zamiast haseł" i "Waldemar Pawlak jedynym kandydatem wsi". Słaby wynik był jednym z pretekstów dla zastąpienia go w 1997 r. na stanowisku prezesa PSL przez Jarosława Kalinowskiego.
Po wyborach parlamentarnych w 1997 roku został obarczony odpowiedzialnością za słaby wynik wyborczy partii (7,3 proc., przy 15,4 proc. w wyborach w 1993 r.). Jak wówczas tłumaczył, wynik ten był ceną za udział w koalicji z silniejszym partnerem - SLD.
Po odwołaniu ze stanowiska prezesa PSL na długi okres zniknął z pierwszych stron gazet i zajął się swoją wielką pasją - kierowaniem Zarządem Głównym Ochotniczych Straży Pożarnych, którego jest prezesem od 1992 r. Od maja 2001 do 2005 roku był prezesem Zarządu Warszawskiej Giełdy Towarowej (zrezygnował ze stanowiska przed wyborami parlamentarnymi).
Do pierwszej ligi politycznej Pawlak wrócił w czerwcu 2004 r., gdy został szefem klubu parlamentarnego PSL. W styczniu 2005 r. został ponownie wybrany na prezesa PSL - zastąpił na tym stanowisku Janusza Wojciechowskiego, który planował start partii w wyborach w szerszym bloku chadeckim - "Komitet Zgoda". Większość członków PSL, w tym Pawlak, opowiedziała się przeciwko tym planom i za startem partii w wyborach pod szyldem PSL.
W kampanii przed wyborami parlamentarnymi w 2005 r. podkreślał, że PSL to jedyna partia o 110-letniej tradycji. "Musimy stosować napoleońską metodę walki: oddziały maszerują oddzielnie, ale atakują razem" - mówił o przygotowaniach do wyborów. Kolejny raz uzyskał w nich mandat poselski; jednak PSL ledwo przekroczyło próg wyborczy - uzyskując 6,96. "Czuję ulgę" - przyznał wtedy Pawlak.
Po wyborach, mimo prowadzonych rozmów koalicyjnych, ludowcy nie weszli do rządu koalicyjnego z PiS. "PiS nie chciało tworzyć z nami Solidarnej Polski, tylko +Solidarne Państwo+, nie mogliśmy się na to zgodzić" - wyjaśniał wtedy prezes PSL. Pawlak proponował powstanie tzw. koalicji konstytucyjnej - tzw. 3xP (PO, PiS i PSL); jednak ta propozycja pozostała bez echa.
W 2006 r. za blokowanie prac nad ordynacją samorządową Pawlak został przez ówczesną koalicję rządową odwołany ze stanowiska szefa sejmowej komisji samorządowej. "Koalicja w pracach komisji nie zamierza stosować dialogu, tylko dyktat polityczny, celem roszad personalnych w komisji było dążenie do przeforsowania korzystnych dla PiS zmian w ordynacji samorządowej" - komentował wówczas.
W wyborach samorządowych PSL wystartowało w bloku razem z PO. Zarówno Pawlak, jak i liderzy PO zapewniali wielokrotnie, że była to dobra decyzja. Ludowcy uzyskali bardzo dobry wynik - około 14 proc. w sejmikach wojewódzkich.
Pawlak zasłynął w Sejmie z błyskotliwych wypowiedzi. Oceniając sytuację polityczną, mówił: "Bagnetami można przywrócić porządek, ale trudno na nich siedzieć". Gdy szef Samoobrony wracał do rządu, Pawlak mówił: "Powrót Leppera do rządu, to nie reaktywacja, tylko recydywa". W debacie o samorozwiązaniu parlamentu powiedział o rządzie Kazimierza Marcinkiewicza: "Koalicja trwa i trwa mać".
Pawlak w wyborach w 2007 r. kolejny raz uzyskał mandat poselski. PSL dostało 8,91 proc. poparcia - co zostało uznane przez komentatorów politycznych za sukces ludowców. "Będziemy prowadzić politykę dobrą dla kraju" - deklarował prezes Stronnictwa tuż po ogłoszeniu sondażowych wyników. Ludowcy stworzyli rząd z Platformą Obywatelską, Pawlak został wicepremierem i ministrem gospodarki.
W 2010 r. jako kandydat PSL Pawlak startował w przedterminowych wyborach prezydenckich po śmierci Lecha Kaczyńskiego. Zdobył 1,75 proc. głosów.
Jako minister gospodarki Pawlak dał się poznać m.in. jako zwolennik ostrożności w dążeniu do przyjęcia euro - przekonywał, że gdyby dziś Polska była w strefie euro, poniosłaby bardzo poważne konsekwencje.
Występował jako zwolennik sprzedaży przez giełdę mniejszościowych pakietów akcji dużych państwowych firm, przy zachowaniu nad nimi kontroli przez państwo. Brał udział w rozwiązaniu sporu ze związkami zawodowymi przy wprowadzaniu na giełdę Jastrzębskiej Spółki Węglowej.
Pawlak wielokrotnie podkreślał konieczność budowy inteligentnej sieci energetycznej, pozwalającej na przyłączenie wielu niewielkich, odnawialnych źródeł energii (ułatwienia w tej sprawie ma zawierać powstający w resorcie projekt ustawy o OZE) czy obsługę samochodów elektrycznych (jesienią 2011 r. na parkingu przed ministerstwem stanęło urządzenie do ich ładowania). Sam jeździł samochodem hybrydowym.
Przed wyborami Pawlak uznał za swoje najważniejsze osiągnięcia ustawy deregulacyjne, antyspreadową oraz uruchomioną latem 2011 r. Centralną Ewidencję i Informację o Działalności Gospodarczej (CEIDG - pozwala m.in. założyć firmę on-line).
W wyborach z 9 października 2011 r. PSL zdobyło 8,36 proc. głosów i 28 mandatów. Pawlak w swoim okręgu dostał prawie 24,5 tys. głosów, ponownie zostając posłem. PO i PSL zdecydowały przedłużyć koalicję, szef ludowców zachował tekę wicepremiera i ministra gospodarki.
Wśród najważniejszych zadań na kolejną kadencję Pawlak wskazywał przede wszystkim kolejną ustawę deregulacyjną, a także nowe Prawo energetyczne, Prawo gazowe oraz ustawę o OZE.
Wicepremier nie kryje fascynacji nowymi technologiami, m.in. informatycznymi i energetycznymi. Nowe systemy informatyczne jego ministerstwa oparto na darmowym oprogramowaniu Open Source, o którym powiedział, że "to jeden z najciekawszych wynalazków XX wieku". Od pewnego czasu nie rozstaje się z tabletem, często prezentując na nim dane.