Estudió y practicó el arte de la pintura en su ciudad natal, Sevilla. Con veinticuatro años se trasladó con su familia a Madrid y entró a servir al rey, primero como pintor del rey, un poco más tarde como pintor de cámara desde entonces hasta su muerte en 1660.
En Sevilla fue discipulo de Francisco Pacheco, allí desarrolló un estilo naturalista muy influenciado por Caravaggio, y allí conseguió su licencia como pintor y para ingresar en el gremio de pintores. La clientela sevillana, mayoritariamente eclesiástica, demandaba temas religiosos, cuadros de devoción y retratos, por lo que también la producción del pintor en este tiempo se volcó en los encargos religiosos. También son especialmente reconocidos sus bodegones.
En Madrid ascendió rápidamente en popularidad y para 1628 ya era pintor de cámara. Ese mismo año, Rubens llegó a Madrid y permaneció en la capital un año. Entre otras influencias del pintor flamenco en Velázquez, le animó a viajar a Roma. Este viaje representó un cambio decisivo en su pintura.
Desde principios de 1631, de nuevo en Madrid, volvió a su principal tarea de pintor de retratos reales en un periodo de amplia producción. Entró en su taller como aprendiz, Juan Bautista Martínez del Mazo. En esta época participó en los dos grandes proyectos decorativos del periodo: el nuevoPalacio del Buen Retiro, impulsado por Olivares, y la Torre de la Parada, un pabellón de caza del rey en las proximidades de Madrid.
En 1643 ocupó el puesto de ayuda de cámara, que suponía el máximo reconocimiento de los favores reales, dado que era una de las personas más próximas al monarca.
Realizó un segundo viaje a Roma entre 1649 y 1651, este viaje estuvo marcado por tareas diplomáticas encargadas por el rey. En este viaje honrado como miembro de la Academia de San Lucas y de la Congregación de los Virtuosos.
De regreso a la corte, el rey le nombró aposentador real. Sus muchas obligaciones en la corte le quitaron mucho tiempo para poder dedicarse a la pintura, aunque de esta última etapa son dos de sus obras más célebres, Las Meninas y Las Hilanderas. En 1660, para cumplir sus obligaciones como aposentador real,Velázquez acompañó a la corte a Funterrabía cerca de la frontera francesa, donde la infanta Maria Teresa debía encontrarse con su nuevo marido Luis XIV. Poco después de regasar de este viaje, enfermó y murió en agosto de ese mismo año.