Диего Ривера родился 8 декабря 1886 года в городе Гуанахуато на северо-западе Мексики. C 1896 по 1902 год брал уроки рисования и живописи в Академии художеств Сан-Карлос в Мехико. За успехи был премирован стипендией, которая позволила художнику поехать в Испанию. С 1907 по 1921 год Ривера жил в Европе. Учился в Академии художеств в Мадриде (1907), затем жил и работал в Париже (1909—1920), в Италии (1920—1921). Побывал также в Бельгии, Нидерландах и Великобритании. Был близко знаком с парижской художественной элитой, в том числе с Пабло Пикассо, Альфонсо Рейесом и другими.
Как художник Ривера испытал влияние как классического европейского изобразительного искусства (изучал стенные росписи XIV—XVI веков), так и модернизма, в частности кубизма. Очень близки ему были и традиционные мексиканские художественные жанры и стили.
В 1922 году Ривера вступает в Мексиканскую коммунистическую партию. В 1927 он приезжает в СССР, где в 1928 году становится членом-учредителем объединения «Октябрь».
Ривера участвует в праздновании 10-й годовщины Октябрьской революции. Во время военного парада и демонстрации на Красной площади он находится на трибуне Мавзолея В.И. Ленина.
Ривера сделал много рисунков, показывающих участников этой демонстрации. Эти рисунки были показаны на выставке работ Риверы в нью-йоркском Музее современного искусства.
Позднее Ривера стал придерживаться троцкистских взглядов, но после убийства Троцкого он занял позицию, соответствовавшую официальному курсу Сталина.
Ривера работал в США в 1930—1934 и 1940 годах. С 1922 он стал одним из основателей мексиканской школы монументальной живописи, расписав огромное число стен общественных зданий. Одной из главных тем в творчестве Риверы были фольклорные сюжеты, верования и обычаи народа Мексики, а также революционное движение в Мексике.
В 1932-1933 годах Ривера сделал фреску для Рокфеллеровского Центра в Нью-Йорке. Наиболее значимыми в этой фреске были изображения В.И. Ленина, соединяющего руки рабочих, и демонстрации трудящихся на Красной площади в Москве.
Фреска была уничтожена в 1934 году (о чем было сделано официальное сообщение Центра), после того, как Ривера отказался заменить изображение Ленина "изображением лица неизвестного человека", как это было написано в письме адвоката Центра. Деньги за создание этой фрески Ривере выплачены не были.
В 1955—1956 художник снова был в СССР.
Диего Ривера скончался 25 ноября 1957 года в Мехико.
Его женой была художница Фрида Кало.