Il s'est illustré dans les courants fauviste et cubiste. Peintre de figures, portraits, nus, paysages, paysages animés, paysages urbains, intérieurs, natures mortes, fleurs et fruits, peintre à la gouache, aquarelliste, graveur, dessinateur et illustrateur, il est aussi écrivain, publiant 26 livres : romans, essais et recueil de poèmes.
Les parents de Maurice de Vlaminck — sa mère pianiste d'origine lorraine et son père Edmond Devlaeminck, violoniste — émigrèrent de Flandre pour la France. Sa sœur cadette, Solange de Vlaminck, est un temps une star du cinéma, et, devenue aveugle, elle épouse après la Première Guerre mondiale Élie-Joseph Bois, volage, rédacteur en chef du Petit Parisien par lequel le peintre accède à la notoriété, avant de divorcer et de tomber dans une indigence dont son frère refuse ensuite de la sortir.
Il passe son enfance au Vésinet mais surtout à Chatou de 1893 à 1905 où il se forme auprès d'un peintre local Henri Rigalon et où il réalise ses premières œuvres. Il peint ses premiers tableaux vers 1893, mais gagne initialement sa vie en tant que violoniste et, parfois, en remportant des courses cyclistes. Il se marie en 1896 avec Suzanne Berly, avec qui il aura trois filles, dont Madeleine. Vlaminck est un autodidacte qui refuse de se former de manière académique en copiant dans les musées afin de ne pas perdre ou affadir son inspiration.
Le 18 juin 1900, à l'occasion du déraillement d'un train, il rencontre André Derain qui restera son ami pour la vie. Ils louent ensemble un studio à Chatou, dans l'actuelle Maison Levanneur qui a abrité jusqu'en 2017 le Centre national édition art image (Cneai). Derain quitte l'atelier commun un an plus tard, mais il conservera une relation épistolaire suivie avec Vlaminck. Derain retrouve Vlaminck vers 1904. Cette époque (1900-1905) reste une période difficile financièrement pour le peintre, chargé de famille, et il est obligé de gratter d'anciennes peintures pour en récupérer les toiles. Par ailleurs, c'est à cette époque qu'il publie deux romans à l'esthétique décadente, voire pornographique. Cela dit, sa vraie passion reste liée à l'art primitif et au fauvisme.
En 1905, il s'installe à Rueil-Malmaison où il demeure jusqu'en 1914, tandis que Derain gagne le Midi, comme beaucoup d'artistes de ce temps. Vlaminck fait le choix de rester en région parisienne, peut-être par goût, mais également probablement par manque de moyens. Il participe, cette année-là, à son premier Salon des indépendants. Vlaminck est l'un des peintres qui font scandale lors du salon d'automne de 1905, dit « La cage aux fauves », avec Henri Matisse, André Derain et Raoul Dufy. Le marchand de tableaux Ambroise Vollard s'intéresse à son œuvre dès l'année suivante, lui achète de nombreuses toiles et lui consacre une exposition en 1908. Vlaminck noue des liens également avec Daniel-Henry Kahnweiler, autre célèbre négociant en art. Il commence également une activité de céramiste. Il fait plusieurs expositions internationales durant ces années.
Vlaminck, ayant alors trois filles, n'est pas envoyé au front durant la Première Guerre mondiale. Il est affecté dans une usine de la région parisienne.
À la fin du conflit, il divorce et se remarie en 1928 avec Berthe Combe, qui lui donnera deux filles : Edwige et Godelieve (1927-2021). Il s'installe à partir de 1925 à Rueil-la-Gadelière où il restera jusqu'à sa mort en 1958, à l'âge de 82 ans (son épouse y mourra aussi, en 1974 à l'âge de 82 ans).