Paul Ehrenfest nacque a Vienna il 18 gennaio 1880. Studiò alla Technische Hochschule di Vienna e poi all'università di Göttingen. Si laureò in fisica all'università di Vienna nel 1904. Ehrenfest incontrò Albert Einstein nel 1912 e iniziò un'amicizia che durò per tutta la sua vita. Nello stesso anno, ricevette una cattedra all'università di Leiden, in Olanda, in parte grazie alla raccomandazione di Einstein.
Ehrenfest è noto per i suoi contributi alla teoria quantistica, in particolare all'applicazione ai corpi rotanti. È importante nella storia della probabilità per i suoi modelli diffusivi, introdotti per dare un'interpretazione statistica alla seconda legge della termodinamica.
Ehrenfest si tolse la vita a Leiden, il 25 settembre 1933.