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mismo denominaría "La bohemia de mi tiempo". Comenzó escribiendo poesía, a la vez que ejercía el periodismo en diversas publicaciones periódicas (la mayoría de existencia efímera) como redactor o crítico de espectáculos, para lo cual usó múltiples seudónimos. 

En 1849 escribió su primer drama, El hijo del sol, que no se llegó a representar, y aunque obtuvo algún éxito en el poco exigente medio limeño, alrededor de 1858 dejó de escribir teatro. En la actualidad sólo conocemos de su producción teatral el drama Rodil(1851), redescubierto cien años después de su publicación (pues Palma procedió a la destrucción de los ejemplares) y la comedia El santo de Panchita, escrita en colaboración con Manuel Ascensio Segura e incluida en la recopilación de obras de este último publicada con el título de Teatro (1869). Tras probar el género histórico con el libro Corona patriótica(1853), Palma empezó a componer de relatos breves de diversa índole, desde el ensayo costumbrista al romance histórico, que serían el germen de sus posteriores Tradiciones peruanas.

En 1853 pasó a formar parte del Cuerpo Político de la Armada Peruana como oficial tercero, correspondiéndole prestar servicio en la goleta Libertad, el bergantín Almirante Guisse, el transporte Rímac (donde estuvo a punto de morir a consecuencia del naufragio de la nave en marzo de 1855) y el vapor Loa. En 1857 fue separado momentáneamente del ejercicio de su cargo por haber secundado la sublevación del general Ignacio de Vivanco contra el gobierno de Castilla, pero su participación política más importante se produjo en 1860, con ocasión del frustrado asalto a la casa del presidente ejecutado por un grupo de civiles y militares de tendencia liberal, liderados por José Gálvez.

Tras el fracaso del intento golpista, Palma se embarcó rumbo a Chile y llegó a Valparaíso los últimos días de 1860. Durante su permanencia en esta ciudad, el escritor frecuentó los salones literarios y perteneció a la Sociedad Amigos de la Ilustración, colaborando en la Revista del Pacífico y la Revista de Sudamérica, de la cual llegó a ser redactor principal. En agosto de 1863, luego de ser amnistiado, emprendió el regreso al Perú.

En julio de 1864 fue nombrado cónsul en el Pará, pero parece que no llegó a ejercer el cargo, solicitando y obteniendo una licencia que empleó en viajar por Europa. En 1865 regresó al Perú para ponerse a órdenes del gobierno, que se encontraba en conflicto con España, participando en el combate del Callao del 2 de mayo de 1866 como asistente de José Gálvez. Al año siguiente intervino en la sublevación del coronel José Balta y, cuando Balta fue elegido presidente en 1868, lo nombró secretario particular; fue además elegido senador por la provincia de Loreto. Tras el asesinato de Balta en 1872, Palma se retiró a la política para dedicarse exclusivamente a la literatura. El mismo año publicó la primera serie de sus Tradiciones peruanas.

Cuando en 1879 se declaró la guerra con Chile, Palma ya era uno de los literatos más reconocidos del continente americano y colaborador frecuente de las principales publicaciones literarias sudamericanas. Durante la guerra participó en la defensa de la capital peruana. En 1881, las tropas de ocupación incendiaron su casa ubicada en el balneario de Miraflores, con lo que perdió su biblioteca personal, el manuscrito de su novela Los Marañones y sus memorias del gobierno de Balta.

Decepcionado, pensó aceptar el ofrecimiento que en 1833 le hizo el dueño del diario La Prensa de Buenos Aires para que se trasladase con su familia a esa ciudad para ejercer de redactor literario del periódico, pero el presidente Miguel Iglesias lo convenció para que aceptase la dirección de la Biblioteca Nacional del Perú, que se encontraba destruida como consecuencia de la guerra. Su labor al frente de esta institución, donde contó con un presupuesto exiguo, fue verdaderamente encomiable, no dudando en utilizar su prestigio literario para solicitar a personalidades de diversas partes del mundo la donación de libros, ganándose el apelativo de El bibliotecario mendigo.

El 28 de julio de 1884 Palma logró inaugurar la nueva Biblioteca Nacional del Perú. Siguió ocupándose de su dirección, labor momentáneamente interrumpida por su viaje a España como representante del Perú al Noveno Congreso Internacional de Americanistas, celebrado con ocasión del Cuarto Centenario del Descubrimiento de América (1892-93). En febrero de 1912 renunció al cargo por discrepancias con el gobierno, que nombró en su lugar al escritor Manuel González Prada, antiguo adversario de Palma.

González Prada atacó la gestión de su predecesor en una Nota informativa acerca de la Biblioteca Nacional(1912), lo que motivó la respuesta de Palma en su folleto Apuntes para la historia de la Biblioteca de Lima(1912), donde hace un recuento de su labor al frente de la institución. Alejado de su labor como bibliotecario y convertido en el patriarca de las letras peruanas, Palma se retiró a vivir al balneario de Miraflores, donde pasó los últimos años de su vida. Cuando murió fue enterrado con honras fúnebres correspondientes a Ministro de Estado y se declaró duelo nacional.