Był Baskiem, synem rolników (ojciec Luis Zurbarán, matka Isabel Marquet). Ojciec wysłał go w dzieciństwie do szkoły, prowadzonej przez Juana de Roelasa w Sewilli. Szybko wyrobił sobie dobrą opinię, pomimo że w Sewilli niemało było wówczas innych doskonałych malarzy.
Początkowo kopiował prace Caravaggio, w swych oryginalnych pracach pozostawał wciąż pod jego wpływem, zyskując sobie miano "hiszpańskiego Caravaggia". Jego mistrzem był Jusepe de Ribera. W 1619 roku wrócił do Llereny, gdzie wykonywał liczne obrazy ołtarzowe i wotywne. Od swego drugiego nauczyciela przejął styl światłocieniowego malarstwa Francisca de Herrery. W 1626 roku wykonał 21 obrazów dla klasztoru San Pablo el Real dominikanów w Sewilli, które przyniosły mu sławę. W statycznej ociężałości stoją one na przeciwległym biegunie zmysłowego stylu Ribery. W 1628 roku powstały Sceny z życia S. Pedro Nolasco oraz 5 wizerunków mnichów dla klasztoru mercedariuszy w Sewilli (Królewska Akademia Sztuk Pięknych św. Ferdynanda, Madryt).
Cała twórczość malarza, poza martwymi naturami, powstała w służbie Kościoła i kontrreformacji. Wśród prac Zurbarána najliczniejsze są sceny religijne, ale nie brak też martwych natur (Martwa natura z pomarańczami i cytrynami), scen batalistycznych (Zwycięstwo pod Kadyksem) i mitologicznych (Prace Herkulesa). W 1634 roku Zurbarán został nadwornym malarzemFilipa IV. Zlecono mu dekorację Salonu Królestw w nowo zbudowanym pałacu Buen Retiro. Zurbarán namalował tam dwie bitwy, np. Zwycięstwo pod Kadyksem i 10 scen z czynami Herkulesa. Jednocześnie powstały pierwsze martwe natury, np. Martwa natura z cytrynami, pomarańczami i różą (1633), spokojna, doskonale zbudowana kompozycja o wyśmienitym oddaniu materii. Korzystając z elementów caravaggionizmu oraz wątków narodowego malarstwa hiszpańskiego, doprowadził je do punktu, który pozwolił Velazquezowi nadać mu światową rangę.
W 1658 roku malarz wrócił do Madrytu. Wzrastająca popularność Murilla zmusiła artystę do współzawodniczenia z jego miękką, płynną ekspresją. Święci z ostatnich obrazów porzucili wyraz ascezy, stali się bardziej romantyczni, a Madonny upodobniły się do włoskich pierwowzorów. Zurbarán pozostał wprawdzie przy swoim realizmie, ale wzrastające znaczenie koloru i trójwymiarowości brył w jego obrazach pokazuje, ile zdołał adaptować z włoskich mistrzów, np. Adoracja pasterzy, 1638, Musée de Grenoble).
W połowie lat 30. Zurbarán uwolnił się od ostrych kontrastów światłocienia. W 1635 artysta ponownie przebywał w Sewilli i rozpoczął niezwykle pracowitą i pełną sukcesów dekadę, pracując dla wielu kościołów i klasztorów południowo-zachodniej Hiszpanii. W roku 1636 powstała m.in. wielka seria wizerunków świętych kobiet dla szpitala św. Krwi, dziś rozproszonych w licznych muzeach całego świata, np. Święta Apolonia (Luwr, Paryż). Malował także serie obrazów dla świątyń w hiszpańskich koloniach w Ameryce, eksportując je poprzez rodzinę żony, osiadłą w Peru. Miał jednak kłopoty z uzyskaniem za nie zapłaty.
Był trzykrotnie żonaty, doczekał się szesnaściorga dzieci.