Родился в Стране Басков. Сын известного чеканщика, в детстве помогал отцу. Учился в школе иезуитов во Франции, затем в Мадриде, Париже, Риме. Копировал в музее Прадо картины Веласкеса, Эль Греко, Риберы, Сурбарана, Гойи.
С 1890 жил в Париже на Монмартре. Сблизился с Тулуз-Лотреком, Дега, Гогеном, Утрилло, выставлялся вместе с ними. В дальнейшем делил жизнь между Францией и Испанией (Сеговия, Севилья). Дружил с Роденом, переписывался с ним. Выставлялся в различных странах Европы (Австро-Венгрия, Италия, Бельгия, Германия), в 1909—1910 — в США и странах Латинской Америки.
С 1936 занялся скульптурой.
Похоронен в Сан-Себастьяне.
Картины Сулоаги представлены в крупнейших музеях Европы, Северной и Южной Америки.