Сурбаран родился в городке Фуэнте де Кантос (провинция Эстремадура). Учился в Севилье, в школе Хуана де Роэласа.
В 1617—1618 годах Сурбаран жил и работал в небольшом городке Эстремадуры — Льеренне, затем вернулся в Севилью и до 1633 года непрерывно жил там.
В 1622 году он уже был известным мастером, получал заказы для храмов и монастырей. В 1626—1627 годах по контракту с орденом доминиканцев он пишет 21 картину на религиозные сюжеты, в том числе знаменитую картину «Христос на кресте». В 1628—1630 годах Сурбаран пишет цикл картин о святом Педро Ноласко и цикл картин о жизни св. Бонавентуры.
В 1631 году Сурбаран создаёт одно из лучших своих творений — картину «Апофеоз св. Фомы Аквинского», которая была признана шедевром ещё современниками живописца.
В 1634 году художник совершил путешествие в Мадрид, где получил титул придворного живописца. В Мадриде при работе над украшением недавно построенного дворца Буэн-Ретиро мастер отошёл от религиозной тематики — им был написан цикл из десяти полотен, изображающих подвиги Геркулеса (ныне в музее Прадо), а также историко-монументальное полотно «Оборона Кадиса».
Изучение работ великих итальянских живописцев и общение с другими видными мастерами, работавшими в столице, обогатило творчество художника. После возвращения в Севилью он написал прекрасную серию картин для монастыря в Хересе — наиболее известны «Благовещение», «Рождество» и «Поклонение волхвов».
Постепенно его слава росла, вновь основываемые в Южной Америке монастыри наряду с испанскими охотно заказывали у Сурбарана картины. На конец тридцатых годов приходится пик творческой активности и популярности художника.
В поздний период творчества Сурбаран обращается к лирическим образам Христа и Богоматери в детстве — «Мадонна с младенцем», «Отрочество Мадонны».
В 1658—1664 годах Сурбаран жил в Мадриде. Его популярность шла на спад; несмотря на поддержку друга Диего Веласкеса он, забытый заказчиками, испытывал материальные трудности.
Умер Сурбаран в Мадриде 27 августа 1664 года.
В самом начале своей деятельности поставив себе за правило писать не иначе, как с натуры, Сурбаран не отступал от этого правила в течение всей своей жизни. Композиция в его картинах при правильности рисунка по большей части несложная и заключает в себе очень немного фигур, отличающихся благородством, поставленных в естественные, простые позы и прекрасно задрапированных. В колорите и светотени Сурбаран подражал Микеланджело да Караваджо (вследствие чего был прозван «испанским Караваджо»), сообщая переднему плану поразительную рельефность через сопоставление сильного света с глубокими тенями.
В период творческого расцвета Сурбаран удачно сочетал монументальность и суровость образов (главным образом святых), с их внутренней выразительностью. В 1650-х годах в его картинах появились черты лиричности и эмоциональной взволнованности.
Экстаз св. Франциска. Середина XVII в. Старая пинакотека. Мюнхен
Христос на кресте. 1627. Институт искусства. Чикаго
Поклонение пастухов. 1639. Музей изящных искусств. Гренобль
Отрочество Мадонны. 1660. Эрмитаж. Санкт-Петербург