سید محمود علایی طالقانی در ۱۳ اسفند ۱۲۸۹ خورشیدی در خانواده‌ای فقیر، اهل علم و دارای روحیات انقلابی در روستای گلیرد طالقان در استان البرز متولد شد. پدرش ابوالحسن علایی طالقانی نخستین استاد وی بود. وی دوران کودکی خود را در زادگاهش سپری کرد تا اینکه هنگامی که هفت ساله بود، پدرش به تهران مهاجرت کرد و در خانه‌ای کوچک در محله قنات آباد ساکن شد. محمود طالقانی تحصیلات ابتدایی را در مدرسه ملارضا در میدان امین السلطان آغاز کرد و مبانی صرف و نحو و علوم دینی را نزد پدرش سید ابوالحسن طالقانی آموخت. پس از آن در مدارس رضویه و فیضیه قم و نجف تا سال ۱۳۱۷ تحصیل را تا درجه اجتهاد ادامه داد و در سال ۱۳۱۸ برای تدریس در مدرسه سپهسالار راهی تهران شد. نخستین بار سیدمحمود طالقانی با انتشار اعلامیه ای در اعتراض به سیاست‌های رضاخان درباره کشف حجاب، فعالیت سیاسی خود را آغاز کرد و به همین دلیل بازداشت و به ۶ ماه حبس محکوم و سپس از زندان آزاد شد. طالقانی پس از مدتی به صورت رسمی امامت جماعت مسجد هدایت را برعهده گرفت و مسجد هدایت را به یکی از کانون‌های مقاومت و مبارزه تبدیل کرد در همین زمان هم از نهضت ملی نیز حمایت می کرد. وی پس از کودتای ۲۸ مرداد، فدائیان اسلام را پناه داد و علاوه بر پناه دادن آنان در تهران، آن‌ها را به طالقان و دیگر شهرهای ایران می‌فرستاد تا از گزند جوخه اعدام رژیم در امان باشند. وی به سبب پناه دادن فدائیان اسلام دستگیر و به طور موقت روانه بازداشتگاه شد.

او همچنین بعد از کودتای ۲۸ مرداد ۱۳۳۲ خورشیدی در همراه با ملیونی آیت‌الله سیدرضا زنجانی، آسیدجعفر غروی ،محمد نخشب، حسین شاه‌حسینی  در نهضت مقاومت ملی فعالیت کرد؛ نهضتی که در اطلاعیه آن از بازاریان خواسته شده بود، بازار تهران را تعطیل کنند. با وجود فشار حکومت نظامی کودتا، بازار تا صدور اعلامیه‌ای دیگر از طرف نهضت مقاومت، باز نشد. طالقانی عضو کمیته روحانیون کمیته مرکزی نهضت مقاومت شد و همکاری خود را با نهضت ملی تا اواخر دهه ۳۰ خورشیدی ادامه داد. همکاری او با جبهه ملی تا پایان فعالیت های جبهه ملی ایران در سال 1343خورشیدی ادامه یافت.

آیت الله طالقانی  با همکاری مهدی بازرگان و یدالله سحابی نهضت آزادی ایران را به عنوان حزبی پیرو راه مصدق و بر اساس لیبرالیسم و اصول مذهبی بنا نهاد. در جریان انقلاب سفید شاه، طالقانی به مخالفت با این رفراندوم پرداخت. وی در بیانیه‌ای در ۲ بهمن ۱۳۴۱ش ضمن بیان دیدگاهش در مخالفت با فئودالیسم و اینکه به داشتن گرایش‌های سوسیالیستی مشهور است و با اصلاحات واقعی مخالف نیست، اعلام داشت که تا آزادی قلم و مطبوعات نباشد و قانون اساسی زیر پا گذاشته می‌شود، خیمه شب بازی رفراندوم، فایده‌ای ندارد. پس از این مخالفت، وی در ۳ بهمن ۱۳۴۱ به همراه مهدی بازرگان و یدالله سحابی و سایر اعضای نهضت آزادی دستگیر و زندانی شدند. گفته شده هدف از دستگیری این عدّه و نیز اعضای جبهه ملی و عده‌ای از روحانیون این بود که در هنگام رفراندوم، مخالفان در صحنه نباشند. او بار دیگر در سال ۴۲ پس از قیام ۱۵ خرداد دستگیر و به ۱۰ سال زندان محکوم شد که البته در سال ۱۳۴۶ به دنبال عفو عمومی آزاد شد.

بعد از رمضان ۱۳۵۰ خورشیدی در ادامه مبارزاتی که آیت الله طالقانی داشت به مدت ۱۰ سال به زابل تبعید شد که این موضوع اعتراض‌های زیادی در پی داشت و عوامل رژیم آن زمان با فشار مردم و علما، رأی صادره را پس از ۶ ماه تقلیل و محل اقامت اجباری وی را از زابل به بافتِ کرمان تغییر دادند و پس از یکسال اقامت در بافت، وی به تهران بازگشت. اما بار دیگر در دوم آذر ۱۳۵۴ خورشیدی توسط دادستان ارتش دستگیر و زندانی شد. علت دستگیری او افشای ارتباطش با مجاهدین بود که پس از دستگیری بلافاصله به زندان کمیته مشترک ضد خرابکاری فرستاده شد. وی تا مدت‌ها در زندان بلاتکلیف بود، نه کیفر خواستی علیه او صادر کرده بودند و نه دادگاهی تشکیل دادند تا اینکه سرانجام دادگاهی فرمایشی تشکیل و او را به ۱۰ سال زندان محکوم کردند اما در شامگاه هشتم آبان ۱۳۵۷ خورشیدی از زندان آزاد شد.

وی در مصاحبه با روزنامه اطلاعات در مورخ ۱۷ بهمن ۱۳۵۷ گفته‌است: خصوصیت انقلاب اسلامی اینست که ما رهبران مذهبی هیچ داعیه حکومت برای خودمان نداریم و نمی‌خواهیم حاکم باشیم. انقلابی است که از همه مردم شروع شده و برای همه است و هیچ حزب و جمعیت و فردی حق این را ندارد که در این انقلاب سهم بیشتری را برای خود قائل باشد و از این جهت حکومت را در انحصار خودش دربیاورد.

پس از پیروزی انقلاب ۱۳۵۷ آیت‌الله طالقانی به عضویت شورای انقلاب درآمد و ریاست آن را به عهده گرفت. با شروع درگیری‌های مسلحانه بین کمیته‌های شیعه و سنی سنندج در اواخر اسفند ۱۳۵۷ طالقانی به این شهر می‌رود و سخنان تأثیرگذار وی منجر به ختم این غائله می‌شود و کار با انتخاب شورای شهر ختم به خیر می‌شود. او در سال ۱۳۵۸ به عنوان اولین امام جمعه‌ تهران برگزیده شد.

ده روز بعد او از طرف مردم تهران به نمایندگی مجلس خبرگان قانون اساسی انتخاب شد. طالقانی معتقد بود که برای جلوگیری از انحراف انقلاب، باید سرنوشت سیاسی مردم به دست خود آنان تعیین شود و راهکار اجرایی این امر را شوراها می‌دانست او طرح اصلی شوراها را در سخنرانی خود در مدرسه فیضیه در سال ۱۳۵۸به طور واضح مطرح کرد. و به دنبال این بود که طرحش در ضمن اصول قانون اساسی بیاید اما آنچه مدنظر وی بود تصویب نشد. این امر باعث شد که طالقانی در خطبه‌های نماز جمعه ۱۶ شهریور ۱۳۵۸ که آخرین خطبه وی بود، با لحنی انتقادی و گله‌آمیز از تصویب نشدن اصول شوراها در قانون‌ اساسی و مزایای شوراها و تأثیر آن بر مردم سخن بگوید.

وی مصراً از نمایندگان مجلس خواست که با تصویب مواد قانونی شوراها کار مردم را به خودشان بسپارند تا مردم باور کنند که انقلاب شده و خودشان می‌توانند سرنوشت خود را تعیین کنند و بیاموزند که چگونه مردم‌سالاری را عملاً به اجرا گذارند. همچنین وی با حضور در برخی از کنگره های جهان اسلام به دفاع از حقوق فلسطینیان می پرداخت و اینگونه استدلال می کرد که اگر ساکنان فلسطین شکست بخورند، همه ما شکست خورده ایم و اگر این ملت به حقوق خود دست یابند، این پیروزی از آن امت اسلامی خواهد بود. بنابراین او را باید از پیشگامان جلب توجه افکار عمومی در ایران به مساله فلسطین دانست. او با آنکه نقش موثری در پیروزی انقلاب داشت، در مدت کوتاهی که پس از انقلاب زنده بود اختلاف نظرهای فراوانی با رهبران روحانی حکومت نوبنیاد از جمله آیت‌الله خمینی پیدا کرد که به تلخ‌ کامی و انزوای وی انجامید. در بسیاری از مسائل از جمله ولایت فقیه، در مجلس خبرگان با اکثریت انقلابی و روحانی آن مجلس در مناقشه بود و بارها تلاش کرد از عضویت این مجلس کناره ‌گیری کند. مجلس خبرگان تا زمان حیات وی چهارده جلسه داشت که او در پنج جلسه شرکت نکرد و در سه جلسه نیز با تأخیر حضور داشت.

دو ماه پس از پیروزی انقلاب فرزندانش ابوالحسن، مجتبی و همسرش بازداشت شدند.در پی این بازداشت‌ها و نیز دریافت گزارشی از وضع زندان‌های سپاه پاسداران انقلاب اسلامی، آیت‌الله طالقانی، همه‌ دفترهای خود را در تهران و شهرستان‌ها بست و با همسر و سه فرزندش از تهران خارج شد و به حومه‌ تنکابن در شمال ایران رفت. وی به درخواست آیت‌الله خمینی به قم رفت و سپس به تهران بازگشت. اما حمایت آیت‌الله طالقانی از آزادی  فعالیت احزاب که با روحانیان حاکم مخالف بودند، روابط او را تا زنده بود با آیت‌الله خمینی و نزدیکانش تیره کرد.

آیت الله طالقانی در تاریخ ۱۹ شهریور ۱۳۵۸ سه روز بعد نماز جمعه۱۶ شهریور در گذشت.

در بخشی از نوشته‌های جنجال‌برانگیز ولادیمیر کوزیچکین، مأمور سازمان اطلاعات و جاسوسی شوروی در ایران طی سال‌های ۱۹۷۷ تا ۱۹۸۲ آمده است: «.. ملاقات با سفیر شوروی هنگام صبح صورت گرفت. پس از خاتمه ملاقات، طالقانی مانند معمول سرخوش بود. ولی شب هنگام پس از صرف شام ناگهان حالش به هم خورد. نگهبانان شخصی‌اش به سوی تلفن هجوم بردند تا به دکتر خبر بدهند، ولی خط قطع بود. کوشیدند به او آب بخورانند، ولی جریان آب هم قطع شده بود. پیرمرد شانسی نداشت. مخالفانش همه چیز را تا آخرین جزئیات حساب کرده بودند.»

سید علی اصغر غروی در خصوص طالقانی می‌گوید:

او دین را مدافع آزادی و شخص دین‌دار را آزادی‌خواه‌ترین انسان به‌شمار می‌آورد. امروز طالقانی به عنوان کسی که برای آزادی ملت و اجرای قانون و برقراری عدالت، یک عمر زجر کشیده و زندان‌های سخت و شکنجه‌های کشنده را تحمل کرده، از این جهت مهم است که او از جایگاه یک رجل دین و یک روحانی، از آزادی‌های فطری، مشروع و قانونی آحاد ملت دفاع کرد، و سپهر اندیشگی خود را بر این مدار به چرخش آورد که «دین ضد هرگونه خودکامگی، استبداد و استکبار است».

طالقانی حتی آخرین نمازجمعه خود را در بهشت زهرا به مناسبت سالگرد هفده شهریور، در واقع در اظهار نگرانی از سوگ آزادی اقامه نمود، و جان تازه‌ای که در کالبد نیمه جان استبداد دمیده شده بود. وی بیمناکی خود را از ظهور یک استبداد جدید، و قطعاً خطرناک‌تر، تحت عنوان استبداد دینی، پنهان نساخت، و به صراحت و وضوح هرچه تمام‌تر، از علائم و نشانه‌هایش پرده برداشت.