Estuda arquitetura, engenharia e artes plásticas e se inicia na pintura ainda jovem. Em 1915 conhece o pintor francês Marcel Duchamp, com quem funda o grupo dadá nova-iorquino. Em 1921 muda-se para Paris e entra em contato com o movimento surrealista na pintura.
Passa a trabalhar como fotógrafo para financiar a pintura e, com a nova atividade, desenvolve a sua arte, a raiografia, ou fotograma. São imagens abstratas, obtidas sem o auxílio da câmera, mas com a exposição à luz de objetos previamente arrumados sobre o papel fotográfico.
Produz filmes surrealistas para o cinema, como L''Étoile de Mer (1928), com o auxílio de uma técnica chamada solarização, pela qual inverte parcialmente os tons da fotografia. Para explorar as possibilidades expressivas da fotografia, muda-se para a Califórnia em 1940, onde dá aulas sobre o tema. Seis anos depois, retorna à França. Em 1963 publica a autobiografia Auto-Retrato. Morre em Paris.