Autor de extensa obra tanto em murais como em pintura de cavalete, Siqueiros iniciou seus estudos de arte em 1908 com Eduardo Solares Gutiérrez e, simultaneamente, na Escola Nacional Preparatória. Entre 1911 e 1914, frequentou a Academia de San Carlos e a Escola ao Ar Livre de Santa Anita. Colaborou no jornal revolucionário La Vanguardia, o mesmo em que trabalharam o pintor José Clemente Orozco (1883-1949), cuja obra mural, marcadamente política e poética, teve enorme recepção, e o dr. Atl (Gerardo Murillo, conhecido pintor naturalista).
Abandonou os estudos para integrar-se ao Exército Constitucionalista da Revolução Mexicana, chegando ao grau de segundo capitão. Com o fim da Revolução, em 1918, participou do Centro Bohemio, em Guadalajara, onde se discutia o papel do artista no processo revolucionário. Em 1919, foi enviado à Europa como adido militar (cargo que perdeu no ano seguinte). Em Paris, conheceu Diego Rivera, com quem desenvolveu a ideia de uma pintura “monumental e heroica”, dentro do espírito da Revolução e das tradições pré-coloniais da América. Na Europa, conheceu também o Movimento Modernista Francês. Em Barcelona, em 1921, publicou a revista Vida Americana e Manifesto aos Artistas da América. Em 1922, retornou ao México para iniciar seu primeiro mural, Os Elementos, na Escola Nacional Preparatória.
Em 1923, Siqueiros ingressou no Partido Comunista. Fundou o Sindicato dos Trabalhadores, Técnicos, Pintores e Escultores, do qual se tornou secretário-geral e, em 1924, editou o semanário El Machete, que tratava da problemática artística e social. Envolvido na atividade política (entre outras coisas, ajudou a fundar um Sindicato dos Mineiros), chefiou a delegação mexicana em encontro da Internacional, na União Soviética (1928). Em 1930, foi preso por seis meses, em Taxco, por suas atividades subversivas. Apenas em 1932 realizou sua primeira exposição individual, no Cassino Espinal, na Cidade do México. Na Califórnia, em 1932, pintou Mitin obrero, na Chouvinard School of Art, América tropical, no Plaza Art Center, e Retrato actual de México, na residência de Dudley Murphy, interessando-se também pelo uso de materiais industriais nas composições.
Em 1933, foi deportado para os Estados Unidos. Passou também pelo Uruguai e pela Argentina, onde realizou um mural utilizando-se das novas técnicas. Em 1936, fundou, em Nova York, o Siqueiros Experimental Workshop, a Laboratory of Modern Techniques in Art, onde fez experiências com materiais industriais e fotografia. No ano seguinte, lutou no Exército Republicano durante a Guerra Civil Espanhola, quando recebeu o título de tenente-coronel. De volta ao México, em 1940, participou de uma série de atividades políticas radicais, entre as quais consta a participação no assassinato de Trotsky. Em 1941, esteve no Chile, onde realizou um mural na biblioteca da Escola México, em Chillán.
Em 1943, pintou El nuevo día de las democracias no Hotel Sevilla-Baltimore, em Havana, Cuba (atualmente Museu Nacional de Cuba) além de outros na Cidade do México. Em 1951, produziu murais para a Universidade Nacional Autônoma do México e para o Instituto Politécnico Nacional. Foi novamente preso em 1961, interrompendo o trabalho em dois grandes murais, para o Teatro da Associação dos Atores do México e para o Museu de Antropologia. Em 1964, iniciou o maior de seus murais, A marcha da humanidade, no Polyforum Cultural Siqueiros (que ele mesmo fundou), na Cidade do México. Em 1966, recebeu do governo mexicano o Prêmio Nacional de Arte e, em 1967, o Prêmio Lenin da Paz, do governo soviético. Ainda nesse ano uma grande retrospectiva de sua obra foi apresentada na Cidade do México.
Além das artes, foram marcantes seus escritos e suas conferências. Siqueiros publicou uma série de textos que causaram polêmica, como No hay mas ruta que la nuestra (1945), Me llamaban el Coronelazo (uma autobiografia publicada em 1977), Como se pinta um mural (livro publicado em Havana, em 1985) e Arte em revolução (uma antologia). Experimentou técnicas, materiais, projeções e novos suportes, muitos dos quais foram perdidos ou danificados, justamente devido a esse caráter experimental. Buscando também a fotografia, procurou realizar um projeto de integração plástica de acordo com a ideia de “escultura-pintura”, de uma obra plástica total, moderna, popular e engajada.