Narodil se do protestantské rodiny v Zundertu jako syn Anny Kornelie Carbentové a Theodora van Gogha. Jeho sestra ho popisovala jako neustále vážného a uzavřeného. V roce 1857 se narodil jeho bratr Theo van Gogh, který Vincenta finančně podporoval po celý jeho umělecký život. Přátelství obou bratrů bylo zdokumentováno v 652 osobních dopisech, jež byly uveřejněny v roce 1914.
Van Gogh se v mládí intenzivně zajímal o náboženství. Stal se učitelským asistentem v Ramsgate ale když zjistil, jaké sociální podmínky zde panují, vrátil se do Amsterdamu, kde studoval od roku 1877 teologii. Po vyloučení v roce 1878 se stal laickým kazatelem v Belgii, kde poznal hornickou komunitu v chudém regionu Borinage. Byl po šesti měsících propuštěn a pokračoval bez platu. V tomto období počal uhlem malovat skici a nákresy.
V roce 1880 Vincent uposlechl rady svého bratra Thea a začal se malování věnovat vážně. Nějaký čas Vincent dokonce bral hodiny malování od Antona Mauva v Haagu. Ačkoliv Vincent a Anton se později rozdělili pro odlišné náhledy na malbu, vliv haagské školy na Vincentovi zanechal následky; zejména ve způsobu, jakým si hrál se světlem, a v jasnosti tahů. Avšak způsob, jakým van Gogh používal barev nebo zvýrazňoval tmavé tóny, jej od jeho učitele výrazně vzdálil.
V zimě 1885–1886 van Gogh navštěvoval uměleckou akademii v Antverpách. Po několika měsících byl profesorem Eugenem Siberdtem propuštěn. Přesto se však během tohoto krátkého času stačil seznámit s japonským uměním, které začal horlivě sbírat. Obdivoval jeho světlé barvy, použití plátna a hlavních linií. Tento zážitek jej silně ovlivnil. Van Gogh dokonce provedl několik maleb v japonském stylu a některé jeho portréty jsou malovány s pozadím připomínajícím japonské umění.
Na jaře 1886 van Gogh odjel do Paříže, kam se přestěhoval ke svému bratrovi Theovi; sdíleli byt na Montmartru. Objevil impresionismus, oceňoval jeho použití světla a barvy, avšak kritizoval „nedostatek sociálního cítění“.
V roce 1888 van Gogh opustil Paříž a odstěhoval se do Arles. Vyzdobil zde svůj „žlutý dům“ a vytvořil sérii známých kreseb se slunečnicemi. Byl ohromen zdejší krajinou a doufal, že zde najde či vytvoří novou uměleckou skupinu. Ze všech jeho nadějí zbyl jediný Paul Gauguin, jehož zjednodušená schémata barev a tvarů (známé jako synkretismus) van Gogha přitahovala. Poté Vincent Paula pozval k sobě a Paul neodmítl. Obdiv byl vzájemný a Gauguin namaloval van Gogha malujícího slunečnice. Přesto však jejich setkání skončilo hádkou.
Van Gogh trpěl psychickou poruchou, možná způsobenou absintem. Jiné zdroje však uvádějí, že netrpěl psychózou, ale Ménierovou nemocí. Po hádce s Gauguinem si 23. prosince 1888 uřízl lalůček levého ucha, který následně umyl a zabalený donesl osmnáctileté uklízečce v nevěstinci, Gabrielle Berlatierové. Podle teze publikované autory Ritou Wildegansovou a Hansem Kaufmannem v knize „Van Goghovo ucho: Paul Gauguin a pakt mlčení“ byla jeho psychická porucha způsobena otravou olovem, arsenem a kadmiem, obsaženými v jeho barvách.
Trpěl silnou depresí a v roce 1889 byl na svou vlastní žádost přijat do psychiatrického centra v klášteře svatého Pavla v Saint Rémy de Provence. Během jeho pobytu mezi stěnami ústavu se stala klinika samotná a její zahrady hlavním objektem malířova zájmu. V této době jeho dílům začaly dominovat převážně kroužení a kudrlinky. Tato technika je nejpatrnější v malbě Hvězdná noc.
V květnu 1890 Vincent opustil kliniku a odešel k doktorovi Paulu Gachetovi v Auvers-sur-Oise blízko Paříže, kde byl blíže svému bratru Theovi. Zde vytvořil van Gogh svůj jediný věku lept: portrét melancholického doktora Gacheta. Van Goghova deprese se nadále prohlubovala. 27. července 1890 se ve 37 let postřelil do břicha. Aniž by si uvědomil, že je smrtelně raněn, vrátil se do hostince Ravoux, kde dva dny nato zemřel před zraky svého bratra Thea. Byl pochován na hřbitově v Auvers-sur-Oise. Theo – neschopen smířit se s bratrovou smrtí – zemřel o šest měsíců později a na žádost své ženy byl pochován vedle Vincenta.