1913. június 22-én született Szombathelyen. Földbirtokos katonatiszt apa, Weöres Sándor és művelt polgárcsaládból való anya, Blaskovich Mária egyetlen gyermeke. Csöngén élt, gyermekkorától nagy műveltségű felnőttekkel érintkezett.  Hutter Zsigmondnak a könyvtárát, különösen Shakespeare és Schiller drámái jelentettek számára nagy élményt. Tanulmányait a pápai evangélikus elemi iskolában kezdte meg, majd a csöngei evangélikus elemiben folytatta. Csöngén azonban rossz egészségi állapota miatt hamarosan magántanuló lett, az iskolát így végezte el. 1924-ben beiratkozott a szombathelyi Faludi Ferenc Reálgimnáziumba. Ekkoriban Pável Ágoston kosztos diákja volt, s vele a későbbiekben is fennmaradt fiúi jó viszonya. 1928 júliusában a szombathelyi Hír közölte első novelláját (Egyszer régen…), ősszel pedig négy verse jelent meg az Erőben. 1929-ben versei jelentek meg a Pesti Hírlapban és a Napkeletben. Kapcsolatot teremtett Kosztolányival és Babitscsal.

 Elküldte első verseit Osvát Ernőnek, a Nyugat szerkesztőjének is, aki kedvezően fogadta őket. 1929-ben a 6. osztályból még bizonyítványosztás előtt kimaradt, attól félve, hogy úgyis megbuktatják. 1929 nyarán felkereste Kosztolányi Dezsőt a Logodi utcában, s Babits Mihállyal is személyes kapcsolatba került. Érettségi után másfél évig apja gazdaságában dolgozott. 1933 őszén Pécsre utazott, és beiratkozott az Erzsébet Tudományegyetem jogi karára, majd átment a bölcsészkarra (földrajz-történelem szakra), végül filozófia-esztétika szakon szerzett diplomát. Egyetemi évei alatt a Batsányi Kör és a Janus Pannonius Társaság munkájába is bekapcsolódott. Ekkoriban kötött barátságot Takáts Gyulával, Tatay Sándorral és Fülep Lajos professzorral, valamint szoros kapcsolatot ápolt Csorba Győzővel, a Budapesten élő Vas Istvánnal, Jékely Zoltánnal és a debreceni Kiss Tamással is. Egyetemi évei alatt megalapította a Pécs jelképére utaló Öttorony című folyóiratot. 1934-ben Kárpáti Aurél Új Magyar Líra c. válogatásában már ő is helyet kapott, egy év múlva pedig napvilágot látott a tizenkét fiatal költőt felvonultató Korunk c. antológia. 1935-ben Weöres Baumgarten-jutalomban, egy évvel később Baumgarten-díjban részesült; ezekből későbbi utazásait fizette. 1935 nyarán észak-európai, 1937 elején pedig hosszú távol-keleti utazást tett: a genovai kikötőben szállt hajóra, onnan Nápolyon keresztül Egyiptomba vezetett az útja, majd az arab és az indiai vizeken át Bombay következett; India után Ceylon érintésével eljutott Szingapúrba, Manilába és Sanghajba is. Az egyetem elvégzését követően Halasy-Nagy József vezetésével írta meg doktori disszertációját (A vers születése). 1939-ben doktorrá avatták; disszertációját még ugyanebben az évben kiadta a Pannónia c. egyetemi lap.

Pécsett 1941-ben állították fel a Városi Könyvtárat, amelynek megszervezésével és vezetésével Weörest bízták meg. Mivel ehhez a munkához se könyvtárosi végzettsége, se gyakorlata nem volt, az ehhez szükséges alapok egy részét Várkonyi Nándor mellett a pécsi egyetemi könyvtárban, másik részét a Pázmány Péter Tudományegyetem könyvtárában szerezte meg. A Nyugat 1941 augusztusi megszűnése után Weöres a Sorsunkon kívül elsősorban a Magyar Csillagban, a Válaszban, később pedig a Diáriumban közölte verseit. Közben az Öttorony szerkesztőségén belül már 1941-től – főleg esztétikai, irodalmi jellegű – ellentétek alakultak ki. Weöres és Csorba Győző formálisan kivált a szerkesztőségből, de 1942 júliusáig – Weöres végső távozásáig – továbbra is részt vettek annak munkájában.

1943 őszén a költő a fővárosba költözött, és az Országos Széchényi Könyvtár munkatársa lett. A világháború befejezésekor viszont már Csöngén tartózkodott, és a következő évet is az apai birtokon töltötte, majd rövid ideig Székesfehérváron dolgozott múzeumi tisztviselőként, és az ottani Vörösmarty Társaságban is tevékenykedett. 1946-ban Weöres házasságot kötött Károlyi Amyval, akivel első utazásuk Rómába vezetett. Olaszországból visszatérve Weöres a Magyar Tudományos Akadémia könyvtárában dolgozott, itt ismerkedett meg Lator Lászlóval. A házaspár ekkoriban a Törökvész út 3/c szám alatti erkélyes házban lakott. Weöres 1959-ben két hosszabb utazást is tett feleségével: májusban Kínába, ősszel pedig Görögországba látogattak. A 60-as évek elején eljutottak Dubrovnikba, 1965-ben pedig New Yorkba.

1970-ben megkapta a Kossuth-díjat és az osztrák állam elismerő díját is. A Kossuth-díjjal járó pénzből Pásztor Béla emlékére díjat alapított.  1972-ben feleségével elköltöztek a Muraközi utca 10/A szám alatti kertes házba, ahol azután Weöres élete végéig lakott. Utolsó nagy fellépése 1980-ban volt, amikor Károlyi Amyval, Juhász Ferenccel és Nemes Nagy Ágnessel közösen felolvasást tartott a londoni Riverside Studióban. 1982-ben Forintos-díjjal jutalmazták.

Költészete kezdetben a Nyugat lírikusainak erős hatását mutatja; leginkább természetes, naiv őszintesége egyéníti. Maradandó Babits Mihály és Füst Milán befolyása: a személyiség háttérbe húzódásában, a kitalált helyzetekben, „szerepekben” való megszólalásban. „Költészete már kezdetben is igyekszik eltávolodni a vallomásos énlírától. Eleinte a forma, a műfaj, a ritmusszervezet szabad válogatásával ragadja ki a versbeszédet az élmény hatalma alól. A sokféle mintára visszanéző stilizációban azonban még nem hangolódik össze eléggé szólam és gondolat: az utóbbi még nem érte el az előbbi áttételességét, fogalmi kifejtés logikáján belül marad.” (Bárdos László)

Műfordítóként is kivételes teljesítményt nyújtott: angol, német, francia, orosz, ukrán, olasz, latin szerzőktől többnyire közvetlenül (közvetítéssel más nyelvekből is) tolmácsolt művekkel a magyar fordításirodalom élvonalába emelkedett.

Budapesten halt meg, 1989. január 22-én.