В 13 лет убежал из дома, жил случайными заработками, плавал юнгой в Турцию, помогал иконописцам и театральным декораторам. Поступил в МУЖВЗ, откуда был отчислен за поведение, учился в Одесском училище торгового мореплавания, в Пензенском художественном училище. Посетил Париж в качестве бандуриста, выступая на русской кустарной выставке (1906). Член групп «Мир искусства», «Союз молодежи», «Бубновый валет», «Ослиный хвост». Экспонент футуристической выставки «0,10», где впервые представил беспредметные работы-контррельефы. Основоположник конструктивизма, дизайнер мебели и одежды, автор ряда утопических проектов, в том числе «Памятника III Коммунистического Интернационала» или «Башни Татлина» (1919–1920) и летательного аппарата «Летатлин» (1929–1932), идейный оппонент К.С. Малевича, популярный в кругу немецких дадаистов. В 1925–1927 был профессором Киевского художественного института, затем профессором московского Вхутемаса (1927–1930). После начала антиформалистической кампании в начале 1930-х работал как книжный график и театральный художник, в 1940–1950-х обратился к фигуративной живописи. Заслуженный деятель искусств РСФСР (1931). Работы хранятся в ГТГ, Музейно-выставочном комплексе Московской области «Новый Иерусалим» и др.