Klaus Karl Anton von Dohnanyi wurde am 23. Juni 1928 in Hamburg als Sohn des Reichsgerichtsrates Hans von Dohnanyi und dessen Frau Christine (geborene Bonhoeffer) geboren. Nach seinem Kriegsdienst, den er von 1944 bis 1945 absolvierte, machte Klaus von Dohnanyi am Benediktiner-Kloster St. Ottilien das Abitur. Danach studierte er Jura an der Universität München, machte dort seinen Abschluss innerhalb kurzer Zeit und promovierte schließlich im Jahre 1949 mit "magna cum laude" zum Dr. Jur. In der folgenden Zeit studierte er an den Universitäten Columbia, Stanford und Yale. Ab 1951 betätigte sich Dohnanyi als Anwalt in einer New Yorker Anwaltsfirma und am Max-Planck-Institut für Internationales Privatrecht. Zwei Jahre später wechselte er ins Management des Ford-Konzerns in Detroit und war in den folgenden Jahren bis 1960 bei Ford in Köln beschäftigt, wo er die Planungsabteilung leitete. 1960 baute er zusammen mit dem Ehepaar Ernst in München das Markt- und Meinungsforschungsinstitut INFRATEST auf. Bundeswirtschaftsminister Karl Schiller (SPD) war es, der Dohnanyi (ebenfalls SPD-Mitglied) 1968 als Staatssekretär in sein Ministerium holte.

Bereits ein Jahr später wechselte Dohnanyi als parlamentarischer Staatssekretär zum Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft. Über die Landesliste Rheinland-Pfalz kam er 1969 erstmals in den Bundestag, und Ende 1972 übernahm er dann das Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft. Während der Kanzlerschaft von Helmut Schmidt (ab Mai 1974) wurde er mit außenwirtschaftlichen Aufgaben betraut und Ende Dezember 1976 als Staatsminister ins Auswärtige Amt geholt.

1981 wurde Dohnanyi zum Kandidaten für die Nachfolge des zurückgetretenen Oberbürgermeisters von Hamburg nominiert und im Anschluss von der Hamburger Bürgerschaft in den Senat gewählt, der ihn dann zum Ersten Bürgermeister bestimmte.

Bei der Bürgerschaftswahl vom 6. Juni 1982 trat Dohnanyi gegen den CDU-Politiker Walter Leisler Kiep an. Beide Parteien konnten keine Mehrheit erreichen, so dass erst eine Neuwahl die Entscheidung bringen konnte und der SPD zur absoluten Mehrheit verhalf. Dohnanyi hatte in der folgenden Zeit mit mehreren Problemen zu kämpfen. Es herrschte eine hohe öffentliche Verschuldung und Arbeitslosigkeit. Diverse Affären wie die lange Einkesselung von Antikernkraft-Demonstranten und die Sicherheitsmängel in den Hamburger Hafenanstalten ("Killer von St. Pauli"), belasteten Dohnanyi zusätzlich. Durch die Verluste der SPD in der folgenden Wahl sah sich Dohnanyi gezwungen, mit einem Minderheitssenat weiter zu regieren.

Gespräche mit der CDU über eine große Koalition scheiterten, und die Neuwahl im Mai 1987 machte die SPD im Verbund mit der FDP wieder regierungsfähig. Dohnanyi, erfolgreich agierend im November 1987 beim Konflikt um die acht besetzten Häuser in der Hamburger Hafenstraße und bei der offiziellen Besiegelung der Städtepartnerschaft zwischen Hamburg und Dresden, gab jedoch überraschend am 10. Mai 1988 seinen Rücktritt als Erster Bürgermeister bekannt. Er begründete diese Entscheidung mit seiner langen politischen Aktivität.

Klaus v. Dohnanyi begann sich nun der internationalen Friedenspolitik und der publizistischen Tätigkeit zu widmen.

Während und nach dem Zusammenbruch der DDR 1989 beriet Dohnanyi die Ost-SPD und veröffentlichte den DDR-Ratgeber "Brief an die Deutschen Demokratischen Revolutionäre" (SPIEGEL, 3/1990 und in Buchform). Hierin warnte er vor der Wiederholung von in der Bundesrepublik gemachten Fehlern. 1990 übernahm Dohnanyi den Aufsichtsratsvorsitz der Schwermaschinenbau TAKRAF AG, Leipzig und sanierte damit eines der wichtigsten DDR-Unternehmen. 1994 gab er die Auflösung der TAKRAF AG bekannt, aus der 16 größere Unternehmen und mehrere mittelständische Betriebe entstanden.

Preise und Ehrungen:            
1988 Theodor-Heuss-Medaille
1990 Goldmedaille "Distinguished Leadership and Service for Humanity" der jüdischen Weltorganisation B'nai B'rith