Artista performático, pintor, escultor y teórico. Hijo del fotógrafo, pintor, profesor universitario y entomólogo José Oiticica Filho, hermano del pintor y arquitecto César Oiticica, era nieto de José Oiticica, un importante filólogo y militante anarquista que influyó en su formación. Por decisión de la familia, Hélio Oiticica no asistió a la escuela hasta los diez años; hasta entonces recibió educación de su madre. En 1947 se mudó junto con su familia a Washington (Estados Unidos), cuando su padre obtuvo una beca de la Fundación Guggenheim. De regreso en Brasil, en 1954, inició sus estudios de arte en la escuela de Ivan Serpa, en el Museo de Arte Moderno de Río de Janeiro (MAM/RJ), poniendo el énfasis en la libre creación y la experimentación. Ese mismo año escribió el primero de sus muchos textos sobre arte.
Entre 1955 y 1956, Oiticica formó parte del Grupo Frente de artistas concretos, y en 1959 se incorporó a la disidencia del concretismo, que se denominaba Grupo Neoconcreto. En 1960 participó de la II Exposición del grupo, en Río de Janeiro. En 1956 participó, en Montevideo, de la exposición colectiva Pintura Brasileña Contemporánea, en el Instituto de Cultura Uruguayo-Brasileño. Al año siguiente, sus obras se presentaron en Buenos Aires, Rosario, Lima y Santiago de Chile. También en 1957, el mismo año en que participó de la Bienal de São Paulo (a la cual regresó en 1965, 1977 y, con una gran muestra de sus trabajos, en 1998), inició su serie de guaches sobre papel denominada Metaesquemas. Desde ese momento fue cambiando las obras bidimensionales por el trabajo con el ambiente y las relaciones culturales, como Invenções, de 1959, que marcó su transición de la tela al espacio ambiental. Teorizó sobre esas experiencias y el trabajo de su amiga Lygia Clark.
En 1960 creó los primeros Núcleos, también llamados Manifestações ambientais (en 1964) y Penetráveis, donde tanto el desplazamiento del espectador como el movimiento de los materiales integraban la experiencia. En la apertura de la muestra Opinião 65, en el MAM/RJ, lo expulsaron del museo por protestar contra la prohibición del ingreso de integrantes de la escuela de samba Mangueira. Realizó entonces una manifestación colectiva frente al museo, para la cual proyectó sus Parangolés, unas formas esculturales que deberían ser vestidas y manipuladas por los sambistas. Al año siguiente participó de la muestra Opinião 66 y, en 1967, de la exposición Nova Objetividade Brasileira, donde presentó la manifestación ambiental Tropicália. En ese mismo año participó de las Bienales de París y Tokio. En 1969, en la Whitechapel Gallery de Londres tuvo lugar una exposición denominada Whitechapel Experience, en la cual se presentó el proyecto Éden, organizado por el crítico inglés Guy Brett. Ese mismo año Oiticica fue artista residente en la Sussex University .
En 1970 desarrolló el proyecto Ninhos, para la exposición Information, en el Museo de Arte Moderno de Nueva York, basado en células de experiencia comunitaria. También en 1970 recibió una beca de la Fundación Guggenheim y fue a vivir a Nueva York. En 1971 realizó la exposición individual Rhodislândia: Contact, en la Rhode Island University y, en 1972, participó del evento colectivo Latin American Fair of Opinion, en la Saint Clement’s Church de Nueva York. Durante ese período experimentó con películas en super-8, como Agripina é Roma Manhattan, entre otras tantas decenas de proyectos ambientales. En 1977 sus obras estuvieron en la exposición Projeto Construtivo Brasileiro na Arte: 1950-1962 , en el MAM/RJ.
Oiticica regresó a Brasil en 1978, y allí se dedicó a algunos eventos colectivos, como el Mitos Vadios, en São Paulo, o el Homenagem a Mário Pedrosa, en 1980, en la Galería Jean Boghici de Río de Janeiro. En 1981, tras su fallecimiento se creó, en Río de Janeiro, el Projeto Hélio Oiticica, destinado a preservar, analizar y divulgar su obra. Entre los años 1992 y 1997, ese proyecto efectuó una gran muestra retrospectiva, que fue presentada en Roterdam, París, Barcelona, Lisboa, Mineápolis y Río de Janeiro. En 1996, la Secretaría Municipal de Cultura de Río de Janeiro creó el Centro de Artes Hélio Oiticica, que resguarda y divulga toda la obra del artista.