François Marie Martinez Picabia nasce a Parigi il 22 gennaio 1879, da padre spagnolo e madre francese. Dopo aver frequentato l'École des Arts Décoratifs di Parigi dal 1895 al 1897, studia con Albert Charles Wallet, Ferdinand Humbert e Fernand Cormon e nell'inverno del 1902-03 inizia a dipingere alla maniera impressionista, esponendo per la prima volta le sue opere al Salon d'Automne e al Salon des Indépendants del 1903. Due anni dopo tiene la sua prima personale alla Galerie Haussmann di Parigi.

Dal 1908 le sue opere presentano elementi del Fauvismo, Neoimpressionismo, Cubismo e altre modalità astratte. A partire dal 1912 elabora una propria sintesi del Cubismo e del Fauvismo, lavorando in maniera astratta fino ai primi anni venti. In questo periodo stringe amicizia con Marcel Duchamp e Guillaume Apollinaire e nel 1911-12 frequenta il gruppo Puteaux. Espone all'Armory Show del 1913, e in quell'occasione visita New York frequentando i circoli d'avanguardia. Nello stesso anno Alfred Stieglitz gli organizza una personale nella sua galleria 291. Nel 1915, anno che segna l'inizio del suo periodo meccanomorfico, con Duchamp e altri promuove e partecipa alle manifestazioni Dada a New York.

Nel 1916-17 vive a Barcellona; nel 1917 pubblica il primo volume di poesie e i primi numeri della rivista “391”, elaborata sul modello del periodico “291” di Stieglitz. Negli anni successivi partecipa al movimento Dada a Zurigo e a Parigi, suscitando scandali al Salon d'Automne, ma già nel 1921 accusa il Dadaismo di non essere più "nuovo". L'anno seguente si trasferisce nei dintorni di Parigi, a Tremblay-sur-Mauldre, e ritorna all'arte figurativa. Nel 1924 attacca André Breton e i surrealisti sulla rivista “391”. Nel 1925 si trasferisce nuovamente, questa volta a Mougins. Negli anni trenta diventa grande amico di Gertrude Stein. Alla fine della Seconda guerra mondiale ritorna a Parigi, dove riprende a dipingere in maniera astratta e a scrivere poesie. Nel marzo del 1949 la Galerie René Drouin a Parigi allestisce una retrospettiva della sua opera. Muore a Parigi il 30 novembre 1953.