En 1911 se traslada a la ciudad de México y trabaja con sus tíos en el comercio de la fruta en el mercado de abastos de la Merced. Seis años después ingresa como alumno a la Escuela Nacional de Bellas Artes, teniendo de maestros a Germán Gedovius, Leandro Izaguirre, Saturnino Herrán y Roberto Montenegro. Su primera tendencia artística fue el impresionismo y posteriormente el arte prehispánico que lo descubre al elaborar dibujos, que los artesanos utilizaban para sus diseños prehispánicos. En 1926, realiza su primera exposición individual. En este mismo año viaja a Nueva York y participa, en el Art Center, con una exposición individual y después colectiva con Siqueiros, Orozco, Covarrubias, Montenegro y Goitia. Casi una década después se incorpora a la Liga de Escritores y Artistas Revolucionarios. En 1942, durante la segunda Guerra Mundial, Tamayo es nombrado en Estados Unidos oficial sexto adscrito a la Oficina Central de Archivo y oficialía de Partes y a la oficina de Monumentos Prehispánicos. Tamayo viaja, en 1949, por primera vez a Europa recorriendo España, Francia, Inglaterra, Holanda, Bélgica e Italia y, un año después, representa a México, junto con Orozco, Rivera y Siqueiros en la XXV Bienal de Venecia. Tamayo además de la pintura mural y de caballete también trabaja la litografía, ejemplo de ello son las 15 litografías a tres y cuatro tintas que lleva a cabo, en 1960, para una edición especial del «Apocalipsis de San Juan», auspiciada por el Club Internacional de Bibliófilos, además recibe el primer Premio Internacional de Pintura en la II Bienal Interamericana de México. En 1961, es nombrado miembro de la Academia de Artes y Letras de los Estados Unidos. Un año después, participa en la colectiva «Obras maestras del arte mexicano de los tiempos precolombinos a nuestros días» presentada en el Pequeño Palacio de las Bellas Artes de París; expone una retrospectiva de su obra, de 1958 a 1961, en el Museo Nacional Bezalel de Jerusalén, misma que se expone en el Pabellón Helena Rubinstein de Tel Aviv y en el Museo de Arte Moderno de Haifa. El título de Doctor honoris causa, de la Universidad de las Américas en México, se lo otorgan en 1963. Tamayo es elegido, en 1967, miembro de la Academia de Diseño de Florencia, Italia; y se le hace un homenaje por sus cincuenta años de labor artística en el Palacio de Bellas Artes de la ciudad de México. Rufino Tamaño recibe, del gobierno francés, en 1975 la condecoración en grado de Comendador de la Orden Nacional del Mérito; el Florín de Oro en el Palacio de la Signoria y la Placa de Plata en el Palacio de los Medici de la ciudad de Florencia. Por ser considerado decano del arte latinoamericano se le rinde homenaje en la XIV Bienal Internacional de Sao Paulo, Brasil en 1977. En 1980 rechaza la orden Quetzal, que le ofrece el gobierno de Guatemala, por no estar de acuerdo con el régimen de dicho país. El 29 de mayo de 1981 Tamayo inaugura el Museo de Arte Contemporáneo Internacional Rufino Tamayo en el bosque de Chapultepec de la ciudad de México. En 1985, el Rey Juan Carlos de España lo invita a participar junto con Chillida, Motherwell, Clavé y otros a la elaboración de la carpeta dedicada a la Declaración Universal de los Derechos del Hombre, y recibe la Medalla de Oro al Mérito en Bellas Artes.
En 1988 se presenta en el Centro de Arte Reina Sofía, de Madrid, la exposición «Rufino Tamayo. Pinturas». Un año después, Tamayo, celebra su noventa aniversario en Moscú, y exhibe en la Gran Sala de la Casa Central del Pintor invitado por la Unión de Pintores de la URSS. En 1991 ingresa como miembro de número a El Colegio Nacional de México. El 24 de junio de este mismo año, víctima de una bronconeumonía, Rufino Tamayo falleció en la ciudad de México. Rufino Tamayo es un artista de un complejo y profundo carácter mexicano, el cual impregna tanto sus pinturas como su producción gráfica.
La pintura de Tamayo no es una recreación estética; es una respuesta personal y espontánea a la realidad de nuestra época. Siempre luchó por encontrar nuevas formas de expresión plástica, por eso le atrajeron los pintores contemporáneos que redujeron de manera voluntaria la pintura a sus elementos esenciales.