Paul Verlaine est né à Metz, rue de la Haute-Pierre. Il est baptisé en l'Église Notre-Dame de Metz. Les Verlaine quittent la ville en 1851.

Installé avec sa mère au 26 rue Lécluse à Paris, à la suite du décès de son père, il fréquente les cafés et salons littéraires parisiens puis, en 1866, collabore au premier Parnasse contemporain et publie les Poèmes saturniens (où figure en particulier Chanson d'automne, que Radio Londres rendra célèbre). On y sent l'influence de Baudelaire, cependant que s'y annonce déjà l'« effort vers l'Expression, vers la Sensation rendue » qui caractérise sa meilleure poésie. En 1869, les Fêtes galantes, des fantaisies évoquant le XVIII^e siècle de Watteau, confirment cette orientation. En 1870, il épouse Mathilde Mauté, à laquelle il vient de dédicacer La Bonne Chanson.

En 1871, Verlaine prend fait et cause pour la Commune de Paris, réprimée par le gouvernement d'Adolphe Thiers, installé à Versailles. Verlaine quitte Paris avec sa femme par crainte des représailles, et ce n'est que peu de temps après son retour à Paris, alors que le jeune couple est logé chez les parents de Mathilde, qu'Arthur Rimbaud surgit dans sa vie et vient la bouleverser. Verlaine quitte son épouse et part en compagnie du jeune poète pour l'Angleterre (d'après Edmond Lepelletier, il y voit Prosper-Olivier Lissagaray, rencontre Félix Régamey, assiste à une représentation du Roi Carotte de Jacques Offenbach) et la Belgique. De 1871 à 1873, ils entretiendront une liaison amoureuse.
C'est pendant ces voyages qu'il écrira une grande partie du recueil Romances sans paroles. En 1873, lors d'une dispute au domicile de sa mère à Bruxelles, il tire deux coups de révolver en direction de Rimbaud et le blesse d'une balle au poignet. Bien que Verlaine regrette immédiatement jusqu'à supplier Rimbaud de le tuer, ce dernier prend peur lorsque Verlaine le devance en pleine rue et qu'il porte sa main à son revolver. Rimbaud fuit et le dénonce à la police. Bien que Rimbaud ait retiré sa plainte, il est condamné à l'issue d'un procès relaté par la presse, à deux ans de prison, plus en raison de son homosexualité, alors condamnable, que de l'incident. Il les purge à Bruxelles et à Mons. Durant son séjour en prison, où il élabore la matière d'un recueil qui ne verra jamais le jour (Cellulairement), son épouse obtient la séparation de corps dont la procédure avait été lancée dès 1871. Il se convertit au catholicisme. De cette nuit mystique en prison date probablement l'abandon de Cellulairement et l'idée du recueil Sagesse, qui profitera, avec Jadis et Naguère (1884) et Parallèlement (1888), d'une grande partie des poèmes du recueil mort-né. À sa sortie, il se rend à nouveau en Angleterre.
En 1883, il publie dans la revue Lutèce la première série des « poètes maudits » (Tristan Corbière, Arthur Rimbaud, Stéphane Mallarmé) qui contribue à le faire connaître. Avec Mallarmé, il est traité comme un maître et un précurseur par les poètes du symbolisme et par les décadents. En 1884, il publie Jadis et Naguère qui marque son retour sur l'avant-scène littéraire, bien que le recueil soit essentiellement composé de poèmes antérieurs à 1874. La même année, dans À Rebours, J.-K. Huysmans lui réserve une place prééminente dans le Panthéon littéraire de Des Esseintes. En 1885, dans les Déliquescences d'Adoré Floupette, Gabriel Vicaire et Henri Beauclair le consacrent officieusement chef d'école des Décadents. En 1886, il collabore à la Revue contemporaine d'Édouard Rod.

À partir de 1887, alors que sa célébrité s'accroît, il plonge dans la misère la plus noire. Le jeune compositeur Reynaldo Hahn chantera dans le salon Alphonse Daudet, devant le poète, son premier cycle de mélodies, les Chansons grises qui regroupe sept poèmes de l'auteur (partition publiée en 1893 par la maison Heugel). Les productions littéraires de ses dernières années sont purement alimentaires (à l'exception peut-être de Femmes et Hombres, recueils de poèmes érotiques publiés sous le manteau). À cette époque, il partage son temps entre le café et l'hôpital. En 1894, il est couronné « Prince des Poètes » et doté d'une pension. Usé prématurément, il meurt en 1896, à Paris à l'âge de 51 ans au 39 rue Descartes dans le cinquième arrondissement. Le lendemain de son enterrement, plusieurs quotidiens relatent un événement curieux : dans la nuit qui a suivi les obsèques, la statue de la Poésie, au faîte de l'Opéra, a perdu un bras qui s'est écrasé, avec la lyre qu'il soutenait, à l'endroit où le corbillard de Verlaine venait de passer.

Initialement, Paul Verlaine a été inhumé dans la 20^e division du cimetière des Batignolles à Paris, une zone qui se trouve actuellement en dessous du boulevard périphérique. En 1989, sa tombe fut transférée dans la 11^e division, en première ligne du rond-point central.

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