Веласкес родился в Севилье в 1599 г., в небогатой дворянской семье выходцев из Португалии. Учился живописи в родном городе у Франсиско Эрреры-Старшего (Francisco de Herrera) и у Франсиско Пачеко (Francisco Pacheco), на дочери которого Хуане Миранде он женился в 1618 году.

Молодой художник приобрел в Севилье уже достаточно хорошую репутацию. Его учитель Пачеко, а также друзья и земляки старались помочь его карьере. В 1622 г. он был в первый раз отправлен в Мадрид. Но несмотря на то, что земляки, державшиеся в столице вместе, пытались ему помочь, предстать перед королевскими очами ему не удалось.

Впав в уныние, Веласкес вернулся в Севилью. Но не успел он пробыть дома и двух месяцев (1623), как его догнало письмо от севильянца, служившего королевским капелланом. Он писал ему, что придворный живописец Родриго де Вильяндрандо умер, и место стало вакантно. Веласкес стремительно отправился ко двору, остановился в доме своего друга капеллана и написал его портрет. Другой севильянец, камердинер кардинала-инфанта (королевского брата), отнес его во дворец и показал хозяину. Кардинал-инфант пришел в восторг и сразу заказал Веласкесу свой портрет. К тому времени изображение каноника уже увидел и сам король Филипп IV. Ему понравилось настолько, что он приказал брату - кардиналу-инфанту, уступить очередь позирования. Так Веласкес наконец получил возможность показать себя.

Картина произвела фурор («Портрет Филиппа IV с прошением», 1623 г, не сохранилась). Веласкесу выплатили гонорар, затем назначили ренту, а также приняли на должность придворного художника. Филипп IV повторил ему обещание Александра Македонского, адресованного Апеллесу: «никто, кроме тебя, писать меня больше не будет».

В 1629—1631 году Веласкес путешествует по Италии. Знакомство с творениями великих итальянских художников оказало влияние на стиль живописца — он сделался более свободным и блестящим, колорит менее тёмным в тенях и передающим натуру в ярком освещении.

В 1634 г. знаменитый художник получил почётное звание королевского гардеробмейстера, в 1643 году — камердинера, в 1642—1644 гг. он сопровождал короля в его походе на Арагон.

В конце 1648 г. Веласкес совершил второе путешествие в Италию — наиболее удачным произведением, написанным в этой поездке, стал портрет папы Иннокентия X. В Италии художника ждал шумный успех, он был избран членом римской академии.

В 1651 г. Веласкес вернулся в Мадрид. Этим событием искусствоведы датируют начало позднего периода его творчества.

В 1652 г. художник был назначен королевским обер-гофмаршалом. Новая должность Веласкеса (в его обязанности входила подготовка и организация празднеств при дворе) отнимала много сил и времени. После большого праздника на границе с Францией, посвященного бракосочетанию инфанты Марии-Терезии с французским королём Людовиком XIV, художник тяжело заболел, и вскоре после возвращения в Мадрид, 6 августа 1660 года скончался.

Непосредственным продолжателем и наследником его должности при дворе оказался его ученик и муж его дочери Франсиски — Хуан Батиста дель Масо (Juan Bautista Martinez del Mazo). Но он не обладал талантом своего предшественника, и смог воспроизводить лишь некоторые внешние формы. Другой ученик Веласкеса — Хуан де Пареха, мавр, бывший слугой в его мастерской. (Веласкес изобразил этого негра на одном из лучших своих портретов). Пареха писал портреты и религиозные картины.

После Веласкеса при мадридском дворе короля Карлоса II работали Клаудио Коэльо и Хуан Каррено де Миранда. Со сменой правящей династии (Испанские Бурбоны) французское барокко и рококо вытеснило в высших слоях столь прекрасно созданный Веласкесом реализм и натурализм.
Позже к наследию Веласкеса обратились уже романтики и импрессионисты.