Его братья — кинооператоры Борис Кауфман и Михаил Кауфман. Жена — Е. И. Свилова.
Давид Абелевич Кауфман родился 21 декабря 1895 (2 января 1896) года в Белостоке (ныне Польша) в семье букиниста Абеля Кушелиовича Кауфмана, владевшего книжным складом и двумя книжными магазинами. Учился в музыкальной школе, в Петроградском психоневрологическом институте, в Московском университете. В 1915 году начал использовать псевдоним Дзига Вертов. В 1917 году работал в отделе кинохроники Московского кинокомитета. В 1918—1919 годах — составитель-монтажёр журнала «Кинонеделя». С 1920 года — режиссёр-документалист, инициатор выпуска киножурнала «Киноправда» (1922—1924 годы). Работал на студиях «Культкино», 3-й Госкинофабрике, Киевской кинофабрике ВУФКУ (1927—1930 гг.), «Межрабпомфильм», ЦСДФ. Автор сценариев нескольких своих документальных фильмов, игрового фильма «Тебе, фронт!» (1942), мультипликационного фильма «Юморески». Автор нескольких статей по теории кино. Фильм «Кино-глаз» в 1924 году получил медаль и диплом Всемирной выставки в Париже. С переездом Вертова на Украину распалась группа «Киноки», руководителем которой он был.
Вертов является режиссёром одного из первых звуковых документальных фильмов «Симфония Донбасса» («Энтузиазм») (1930 г.). Снимает «Три песни о Ленине» (1934), фильм в жанре образной кинопублицистики, который газета «Правда» назвала «Песней всей страны». Фильм «Колыбельная» (1937) посвящен двадцатилетнему пути страны, пройденному после революции. Во время Великой отечественной войны снял фильмы «Кровь за кровь, смерть за смерть» (1941), «Клятва молодых» и «В горах Ала-Тау» (оба 1944), посвященные борьбе советского народа с нацизмом и работе в тылу. Все дальнейшие кинопроекты Вертова отклонялись начальством.
C 1944 года и до самой смерти он работал режиссёром-монтажёром над киножурналом «Новости дня» (всего выпустил 55 номеров).
Журнал Entertainment Weekly в октябре 2010 года опубликовал список из 12 документальных фильмов, изменивших мир. В рейтинг самых влиятельных документальных фильмов (11 место) вошел советский экспериментальный фильм Дзиги Вертова 1929 года «Человек с киноаппаратом», рассказывающий о жизни Одессы.
Дзига Вертов умер 12 февраля 1954 года. Первоначально был похоронен на Миусском кладбище рядом с матерью, в 1967 году перезахоронен на Новодевичьем кладбище (участок № 6).
Дзига Вертов выступает под именем «Крайних Взглядова, великого борца за идею кино факта» и автора кинокартины «Беспристрастный объектив» в первоначальной редакции романа Ильфа и Петрова «Золотой телёнок». Герой Ильфа и Петрова снимает окурок в урне крупным планом, так, что он «приобретает вид жерла сорокадвухсантиметрового орудия», а также «считает своей специальностью снимки под колёсами поезда».