Autor de una extensa obra tanto en murales como en pintura de caballete, Siqueiros inició sus estudios de arte en 1908 con Eduardo Solares Gutiérrez y, simultáneamente, en la Escuela Nacional Preparatoria. Entre 1911 y 1914 frecuentó la Academia de San Carlos y la Escuela al Aire Libre de Santa Anita. Colaboró en el diario revolucionario La Vanguardia, el
mismo en que trabajaron el pintor José Clemente Orozco (1883-1949), cuya obra mural, marcadamente política y poética, tuvo una enorme recepción, y el dr. Atl (Gerardo Murillo, conocido pintor naturalista).
Abandonó los estudios para integrarse al Ejército Constitucionalista de la Revolución Mexicana, donde alcanzó el grado de capitán segundo. Con el fin de la Revolución, en 1918, participó del Centro Bohemio, en Guadalajara, donde se discutía y debatía sobre el papel del artista en el proceso revolucionario. En 1919 fue enviado a Europa como agregado militar (cargo que perdió al año siguiente). En París conoció a Diego Rivera, con quien elaboró la idea de una pintura “monumental y heroica”, dentro del espíritu de la Revolución y de las tradiciones precoloniales de América. En Europa conoció también el Movimiento Modernista Francés. En Barcelona, en 1921, publicó la revista Vida Americana y el Manifiesto a los Artistas de América. En 1922 retornó a México para iniciar su primer mural, Los elementos, en la Escuela Nacional Preparatoria.
En 1923, Siqueiros ingresó al Partido Comunista. Fundó el Sindicato de los Trabajadores, Técnicos, Pintores y Escultores, del que se convirtió en secretario general, y en 1924 editó el semanario El Machete, que trataba temas de la problemática artística y social. Involucrado en la actividad política (entre otras cosas, ayudó a fundar un Sindicato de los Mineros), coordinó la delegación mexicana en un encuentro de la Internacional, en la Unión Soviética (1928). En 1930 estuvo en prisión por seis meses, en Taxco, a causa de sus actividades subversivas. Recién en 1932 realizó su primera exposición individual, en el Casino Espinal, en la Ciudad de México. En California pintó Mitin obrero (1932) en la Chouvinard School of Art, América tropical en el Plaza Art Center, y Retrato actual de México en la residencia de Dudley Murphy, interesándose también por el uso de materiales industriales en las composiciones.
En 1933 fue deportado a los Estados Unidos. Pasó también por Uruguay y por la Argentina, donde realizó un mural utilizando las nuevas técnicas. En 1936 fundó, en Nueva York, el Siqueiros Experimental Workshop-Laboratory of Modern Techniques in Art, donde llevó a cabo experiencias con materiales industriales y fotografía. Al año siguiente luchó con el Ejército Republicano durante la Guerra Civil española, y recibió el título de teniente coronel. De regreso en México, en 1940, participó de una serie de actividades políticas radicales, entre las que se cuenta haber colaborado en el asesinato de Trotsky. En 1941 estuvo en Chile, donde realizó un mural en la biblioteca de la Escuela México, en Chillán.
En 1943 pintó El nuevo día de las democracias en el Hotel Sevilla-Baltimore, en La Habana, Cuba (actualmente el Museo Nacional de Cuba), además de otros murales en la Ciudad de México. En 1951 realizó murales para la Universidad Nacional Autónoma de México y para el Instituto Politécnico Nacional. Fue llevado nuevamente a prisión en 1961, hecho que interrumpió el trabajo en dos grandes murales, para el Teatro de la Asociación de Actores de México y para el Museo de Antropología. En 1964 dio inicio al mayor de sus murales, La marcha de la humanidad, en el Polyforum Cultural Siqueiros (que él mismo fundó), en la Ciudad de México. En 1966 el gobierno mexicano le otorgó el Premio Nacional de Arte, y en 1967 el gobierno soviético le entregó el Premio Lenin de la Paz. Ese mismo año fue presentada en la Ciudad de México una gran retrospectiva de su obra.
Además de su actividad en las artes, se destacó por sus escritos y conferencias. Siqueiros publicó una serie de textos que causaron polémica, como No hay más ruta que la nuestra (1945), Me llamaban el Coronelazo (una autobiografía publicada en 1977), Cómo se pinta un mural (libro publicado en La Habana, en 1985) y Arte en revolución (una antología). Experimentó con técnicas, materiales, proyecciones y nuevos soportes, muchos de los cuales se perdieron o resultaron dañados, precisamente debido a su carácter experimental. Interesado también por la fotografía, intentó realizar un proyecto de integración plástica de acuerdo con la idea de una “escultura-pintura”, es decir una obra plástica total, moderna, popular y comprometida.