Coleman brachte sich ab 1944 das Saxophonspiel und Notenlesen selbst bei. Mit 19 Jahren riss er von zu Hause aus, um dem Teufelskreis aus Armut und Rassendiskriminierung im Süden der USA zu entfliehen. In Los Angeles schlug sich Ornette Coleman mit Hilfsjobs durch und brachte sich 1950 wiederum im Selbststudium die Harmonielehre und die Musiktheorie bei. Hier entwickelte er auch seine auf der Logik der Mathematik basierenden musikalischen Konzepte und fand einige Mitspieler: Don Cherry (Trompete), Bobby Bradford (Trompete), Ed Blackwell (Drums), Billy Higgins (Drums) und Charlie Haden (Bass).

Zusammen tourten sie durch kleine Clubs in Los Angeles. Ihren ersten Plattenvertrag erhielten sie nur durch Zufall, denn eine Plattenfirma kaufte eines von Colemans Arrangements, fand aber niemanden außer seiner eigenen Gruppe, die dies auch spielen konnte. Nach einem darauffolgenden Engagement im berühmten „Five Spot“ in New York im Jahre 1959 ist dem Ornette Coleman Quartett die Anerkennung der Jazz-Szene sicher.

Zusammen mit Eric Dolphy (Bassclarinet), Don Cherry (Pockettrompete), Freddie Hubbard (Trompete), Scott La Faro (Bass), Charlie Haden (Bass), Billy Higgins (Drums) und Ed Blackwell (Drums) -also mit einem Doppel-Quartett - nahm er 1960 sein wohl bekanntestes Album „Free Jazz – A collective Improvisation“ auf. Dieses Album wirkte federführend auf die Entwicklung des atonalen Avantgarde Jazz. In den 60er Jahren lernte Coleman Geige und Trompete soweit spielen, dass er sie für Klangfarbeneffekte einsetzen kann. In den 70er Jahren komponierte er auch Stücke für größere Ensembles ("Skies of America").

Ornette Coleman entwickelt vor allem seit den 1970ern aus dem Free Jazz ein System der „Harmolodie“. Anders als im modalen Spiel wird dabei über lineare Intervallreihen improvisiert. Insbesondere gemeinsam mit seiner Band Prime Time wurde er mit Hilfe des harmolodischen Systems zu einem Pionier des Free Funk, denn er kombinierte die „Harmolodic“ mit aggressiven Rockrhythmen und sphärischen Klängen. In den 80er Jahren brachte Coleman weitere Platten mit Prime Time, aber auch mit seinem klassischen Quartett heraus. Seine letzten Platten, auf denen er z.T. in einem klassischen Jazzquartett (mit Piano, Bass, Schlagzeug bzw. im Saxophon-Piano-Duo spielte, fanden ebenfalls großen Anklang. Im März 2005 würdigten die Medien mit Berichten und Lobreden Ornette Colemans 75. Geburtstag.

Neben der Musik interessiert sich Coleman auch für wissenschaftliche Themen aus der Physik, Mathematik und Chemie. Aus der (geschiedenen) Ehe mit der Dichterin Jayne Cortez stammt sein Sohn Denardo Coleman, auf den er seit den 1970ern als Schlagzeuger zurückgreift.

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