สุรชัยเกิดที่อำเภอรัตนบุรี จังหวัดสุรินทร์ เมื่อวันที่ 29 เมษายน พ.ศ. 2491 ในครอบครัวชาวไทยเชื้อสายเขมร เป็นบุตรชายคนที่ 4 ของนายยุทธและนางเล็ก จันทิมาธร มีชื่อเล่นว่า "หงา" ซึ่งเป็นภาษาเขมรมีความหมายถึง เด็กผู้ชายตัวเล็ก ๆ ที่น่ารัก (มีชื่อเดิมว่า องอาจ จันทิมมาธร แต่ต่อมาเปลี่ยนชื่อเป็น สุรชัย ตามชื่อของสุรชัย ลูกสุรินทร์ นักมวยไทยที่มีชื่อเสียงที่สุรชัยชื่นชอบ) [1]อูซ้บ (น้าหงาบิดารับราชการเป็นครูใหญ่โรงเรียนรัตนบุรี ดังนั้นจึงเป็นการปลูกฝังนิสัยรักการอ่านของสุรชัยมาตั้งแต่เด็ก ๆ ที่เมื่อโตขึ้นมาได้เข้ากรุงเทพ ฯ เพื่อเรียนต่อในด้านศิลปะที่วิทยาลัยช่างศิลป์ และได้รู้จักกับนักคิด นักเขียนคนอื่น ๆ ที่ต่อมากลายมาเป็นนักเขียนชั้นแนวหน้าคนอื่น ๆ ของประเทศ เช่น สุวรรณี สุคนธา, สุจิตต์ วงษ์เทศ เป็นต้น ซึ่งการเป็นนักเขียนของสุรชัยเริ่มต้นขึ้นที่นี่

ในปี พ.ศ. 2516 สุรชัยได้ร่วมกับ วีระศักดิ์ สุนทรศรี (แดง) ก่อตั้งวงท.เสนและสัญจร ขึ้น และเมื่อปี พ.ศ. 2517 ได้รวมกับวงบังคลาเทศ แบนด์ ของมงคล อุทก (หว่อง) และทองกราน ทานา เปลี่ยนเป็นวงคาราวาน สุรชัยได้แต่งเพลงเพื่ออุทิศให้กับบุคคลสำคัญของไทยหลายคน เช่น จิตร ภูมิศักดิ์, ปรีดี พนมยงค์, สืบ นาคะเสถียร และ รงค์ วงษ์สวรรค์

หลังเหตุการณ์ 6 ตุลา สุรชัยและพรรคพวกบางส่วนได้หลบหนีเข้าป่าไปอยู่กับพรรคคอมมิวนิสต์แห่งประเทศไทยเฉกเช่นนักศึกษาและปัญญาชนคนอื่น ๆ โดยสุรชัยทำหน้าที่คอยให้ความบันเทิง ร้องเพลง โดยมีชื่อจัดตั้งว่า "สหายพันตา"

เมื่อสถานการณ์ทางการเมืองสงบลง สุรชัยและพรรคพวกได้เดินทางออกจากป่า และได้แต่งเพลงซึ่งเป็นเพลงอมตะของคาราวานและสุรชัย บอกเล่าถึงสภาพจิตใจที่ออกจากป่ามาสู่เมือง คือเพลง คืนรัง ซึ่งเป็นเพลงที่แต่งก่อนขึ้นแสดงดนตรีเพื่อการกุศลของยูนิเซฟ โดยใช้เวลาแต่งเพียง 5 นาที แต่ได้ชื่อว่าเป็นเพลงที่ประสบความสำเร็จสูงสุดเพลงหนึ่งเลยทีเดียว

ปี 2553 ได้รับคัดเลือกให้เป็นศิลปินแห่งชาติ ประจำปี พ.ศ. 2553 สาขาวรรณศิลป์

ชีวิตส่วนตัว

สุรชัยมีภรรยาสองคน และบุตรชาย 2 คน ภรรยาคนแรกชื่อ จิราพร จันทิมาธร มีบุตรชายคือ คณิน จันทิมาธร ส่วนภรรยาคนที่สอง พิสดา จันทิมาธร มีบุตรชายคือ พิฆเณศร์ จันทิมาธร (กันตรึม) เกิดปี พ.ศ. 2538