Doctor Who sigue las aventuras del personaje del título, un Señor del Tiempo sin escrúpulos y de orígenes un tanto desconocidos que responde al nombre de "el Doctor". El Doctor huyó de Gallifrey, el planeta de los Señores del Tiempo, en una TARDIS robada ("Time and Relative Dimension(s) in Space"), una máquina del tiempo que viaja materializándose y desmaterializándose en el vórtice temporal.

La TARDIS tiene un vasto interior, pero parece más pequeña por fuera, y está equipada con un "circuito camaleón" destinado a hacer que la máquina adopte la apariencia de objetos locales a modo de disfraz. Debido a una avería, la TARDIS del Doctor permanece fija como una cabina telefónica azul de la policía británica.

A través del tiempo y el espacio, las numerosas encarnaciones del Doctor suelen encontrar sucesos que despiertan su curiosidad, e intentan evitar que fuerzas malignas dañen a personas inocentes o cambien la historia, utilizando únicamente el ingenio y unos recursos mínimos, como el versátil destornillador sónico. El Doctor rara vez viaja solo y a menudo le acompañan uno o varios compañeros en estas aventuras; estos compañeros suelen ser humanos, debido a la fascinación del Doctor por el planeta Tierra, lo que también le lleva a colaborar frecuentemente con la fuerza militar internacional UNIT cuando la Tierra se ve amenazada.

El Doctor es centenario y, como Señor del Tiempo, tiene la capacidad de regenerarse cuando su cuerpo sufre daños mortales. Las diversas encarnaciones del Doctor se han granjeado numerosos enemigos recurrentes durante sus viajes, incluidos los Daleks, su creador Davros, los Cybermen y el renegado Señor del Tiempo, el Amo.

Doctor Who apareció por primera vez en el servicio de televisión de la BBC a las 17:16:20 GMT del sábado 23 de noviembre de 1963, ochenta segundos más tarde de la hora programada, debido a los anuncios sobre el asesinato de John F. Kennedy el día anterior. Iba a ser un programa semanal regular, cada episodio de 25 minutos de duración. Las conversaciones y los planes para el programa llevaban un año en marcha.

El jefe de drama Sydney Newman fue el principal responsable del desarrollo del programa, con el primer documento de formato para la serie escrito por Newman junto con el jefe del departamento de guion Donald Wilson y el escritor de plantilla C. E. Webber; en una entrevista de 1971 Wilson afirmó haber dado nombre a la serie, y cuando se le planteó esta afirmación a Newman no la discutió. El guionista Anthony Coburn, el editor de historias David Whitaker y la productora inicial Verity Lambert también contribuyeron en gran medida al desarrollo de la serie.

En un principio, el programa iba dirigido a un público familiar, como un programa educativo que utilizaba el viaje en el tiempo como medio para explorar ideas científicas y momentos famosos de la historia. El 31 de julio de 1963, Whitaker encargó a Terry Nation que escribiera una historia titulada Los mutantes. En su versión original, los Daleks y los Thals eran víctimas de un ataque alienígena con una bomba de neutrones, pero Nation dejó de lado a los alienígenas y convirtió a los Daleks en los agresores.

Cuando se presentó el guion a Newman y Wilson, fue rechazado inmediatamente, ya que el programa no podía contener "monstruos con ojos de insecto". Según Lambert: "No teníamos muchas opciones, solo nos quedaba el serial Dalek...". Tuvimos una pequeña crisis de confianza porque Donald Wilson estaba tan convencido de que no debíamos hacerlo. Si hubiéramos tenido algo más preparado, lo habríamos hecho".

El guion de Nation se convirtió en el segundo serial de Doctor Who: The Daleks (también conocido como The Mutants). El serial introdujo a los alienígenas epónimos que se convertirían en los monstruos más populares de la serie, y fue responsable del primer boom del merchandising de la BBC.

La división de series del departamento dramático de la BBC produjo el programa durante 26 temporadas, emitidas en BBC One. Debido a su cada vez peor salud, el primer actor que interpretó al Doctor, William Hartnell, fue sustituido por el joven Patrick Troughton en 1966. En 1970, Jon Pertwee sustituyó a Troughton y la serie pasó del blanco y negro al color. En 1974, Tom Baker fue elegido Doctor. Su excéntrico estilo de vestir y su peculiar personalidad se hicieron muy populares, y los índices de audiencia de la serie volvieron a un nivel que no se veía desde el apogeo de la "Dalekmanía" una década antes.

En 1981, tras un récord de siete años en el papel, Baker fue sustituido por Peter Davison, que a sus 29 años era con diferencia el actor más joven en encarnar al personaje en el primer ciclo de la serie y, en 1984, Colin Baker sustituyó a Davison. En 1985, el director de la cadena, Michael Grade, intentó cancelar la serie, pero se convirtió en un paréntesis de 18 meses. Además, en 1986 retiró a Colin Baker del papel protagonista.

En 1989, Peter Cregeen, el nuevo jefe de series de la BBC, puso fin a la producción de la serie debido a la caída del número de espectadores, el deterioro de la percepción de la serie por parte del público y una franja horaria de emisión menos importante. Aunque se canceló efectivamente con la decisión de no encargar una 27ª temporada, que se habría emitido en 1990, la BBC afirmó repetidamente, durante varios años, que la serie volvería.

Aunque la producción interna había cesado, la BBC esperaba encontrar una productora independiente para relanzar la serie. Philip Segal, un expatriado británico que trabajaba para la división de televisión de Columbia Pictures en Estados Unidos, se puso en contacto con la BBC en julio de 1989, cuando aún se estaba produciendo la 26ª temporada.

Las negociaciones de Segal desembocaron finalmente en una película para televisión de Doctor Who, emitida por la cadena Fox en 1996, como coproducción internacional entre Fox, Universal Pictures, la BBC y BBC Worldwide. Protagonizada por Paul McGann en el papel del Doctor, la película tuvo éxito en el Reino Unido (con 9,1 millones de espectadores), pero no tanto en Estados Unidos y no dio lugar a una serie.

Los medios con licencia, como novelas y obras de audio, proporcionaron nuevas historias, pero como programa de televisión, Doctor Who permaneció inactivo hasta 2003. En septiembre de ese año, BBC Television anunció la producción interna de una nueva serie, tras varios años de intentos por parte de BBC Worldwide de encontrar apoyo para una versión cinematográfica. Los productores ejecutivos de la nueva encarnación de la serie fueron el guionista Russell T. Davies y de BBC Cymru Wales la jefa de drama Julie Gardner. A partir de 2005, la serie pasó de una configuración multicámara a una monocámara.

Protagonizada por Christopher Eccleston como el Doctor, Doctor Who regresó finalmente con el episodio "Rose" en BBC One el 26 de marzo de 2005. Eccleston abandonó la serie tras una temporada y fue sustituido por David Tennant. Desde entonces se han emitido otras once series en 2006-2008, 2010-2015, 2017-2018 y 2020, así como especiales de Navidad/Año Nuevo cada año desde 2005.

En 2009 no se emitió ninguna serie completa, aunque se realizaron cuatro especiales adicionales protagonizados por Tennant. Davies dejó la serie en 2010 tras el final de la serie 4, y se completaron los especiales protagonizados por David Tennant. Steven Moffat, guionista bajo las órdenes de Davies, fue anunciado como su sucesor, junto con Matt Smith como el nuevo Doctor. Smith decidió dejar el papel del Doctor en el año del 50 aniversario.  Fue sustituido por Peter Capaldi.

En enero de 2016, Moffat anunció que dejaría el cargo tras el final de 2017, para ser sustituido por Chris Chibnall en 2018. La décima serie se estrenó en abril de 2017, precedida de un especial de Navidad en 2016. Jodie Whittaker, la primera mujer Doctor, apareció en tres series, la última de las cuales se acortó debido a la pandemia COVID-19.

Tanto Whittaker como Chibnall anunciaron que dejarían la serie después de una serie de especiales de 2022 tras la 13ª temporada. Davies regresó como showrunner a partir de los especiales del 60 aniversario, doce años después de haber abandonado la serie anteriormente. Bad Wolf coproduce la serie en colaboración con BBC Studios. La participación de Bad Wolf supone el regreso de Gardner a la serie junto a Davies y Jane Tranter, que volvió a encargar la serie en 2005.