Велемир Хлебников родился в семье ученого-биолога 28 октября 1885 года, в селе Малые Дербсты, бывшей Астраханской губернии.

В 1903-1911 учился на физико-математическом факультете Казанского университета, затем на физико-математическом и историко-филологическом факультетах Петербургского университета. Печататься начал в 1910-е годы, входил в литературное объединение «Гилея».

В начале пути разделял панславистские иллюзии, был и под влиянием Владимира Сергеевича Соловьева, Вячеслава Ивановича Иванова и Михаила Алексеевича Кузмина. Практически избавил свой язык от греколатинского корнеслова. Примыкая к кубофутуристам, называл себя Будетлянином. Мировоззренчески оставался непонятым соратниками (это они составили и издали его книги «Ряв!», 1913; «Творения», т. 1, и «Изборник стихов», оба 1914). Всю жизнь занимался «осадами» времени, слова и социальных проблем человечества (сборники «Битвы 1915-1917 гг. Новое учение о войне», 1914, и «Время—мера мира», 1916; «сверхповесть» «Зангези», 1920-22; итоговые «Доски судьбы», 1920-22, лишь часть их опубликована посмертно). В духе Николая Ивановича Лобачевского создал учение о «воображаемой филологии», «самовитом слове» и словотворчестве, чем стал в ряд таких ученых, как немецкий филолог, философ и языковед Вильгельм Гумбольдт, украинский и русский филолог-славист Александр Афанасьевич Потебня и швейцарский языковед Фердинанд де Соссюр.

От преобразования фольклорно-мифологических традиций (не только славянских; «сверхповесть» «Дети Выдры», 1911-13) Велимир Хлебников пришел к идеям единого «звездного языка» для всех землян, «государства времени», общественных «Предземшаров», противопоставляемых «государствам пространств», и к полемике с Лениным «вплотную и вровень» (поэма «Ночь в окопе», отд. изд., заботами Сергея Александровича Есенина, 1921 года). Уникальная судьба поэта-ученого-мыслителя, бессребреника и подвижника, «одинокого лицедея», не увидевшего в печати ни одного самостоятельно составленного сборника своих стихов. Еще слабо освоен культурой 20 века.

Творческая полемика с поэтическими традициями Александра Сергеевича Пушкина и Александра Александровича Блока в борьбе за новый язык художественной литературы и «свободный стих». Опыты неклассического сплава искусства и науки. Пафос единства Востока и Запада, Севера и Юга. Экологическое мировидение единства человека и природы. Жизненная и публицистическая антибуржуазность. Страстное желание «стать звонким вестником добра» (стихотворение «Гонимый — кем, почем я знаю?..», 1912 год). Особое «богоборчество» во имя новой меры как «сверхверы» (важное стихотворение «Единая книга», 1920; опубликовано 1928). Принципы нового внерыночного обустройства — всеобщего «Ладомира» (одноименная поэма, 1920; тогда же литографирована в Харькове; с 1923 года многократно издавалась, но все еще составляет трудную текстологическую проблему). Разнообразные картины накала Гражданской войны. Десятки поэм, проза, пьесы, отрывки, фрагменты. Статьи по этологии, биологии, историософии, литературной критике. Публицистика. Часть архива до сих пор недоступна для исследователей.

В поэме «Хаджи-Тархан» (1913) В. Хлебников писал о прошлом Астрахани как колыбели своих предков по отцовской линии (русских хлеботорговцев). В его жилах была также армянская кровь и кровь запорожцев. Отцу, орнитологу и лесоводу, в будущем одному из основателей Астраханского заповедника, он обязан интересом к естествознанию. Мать, двоюродная сестра народовольца, российского революционного деятеля Александра Дмитриевича Михайлова, историк по образованию, способствовала общегуманитарным увлечениям сына. В детстве Велемир несколько лет провел на Украине и в Среднем Поволжье. Окончил гимназию в Казани, там же как естественник учился в университете, увлекаясь идеями Лобачевского.

Велемир Хлебников участвовал в студенческих волнениях, побывал в тюрьме. Перевелся в Петербург, где ряд лет проучился и как студент-филолог. Не окончил курса, предпочитая путь самообразования. В 1903 году был в экспедиции в Дагестане, в 1905 — на Северном Урале. С началом войны с Японией, под влиянием гибели броненосца «Петропавловск» (1904), клянется найти «основной закон времени», который управляет историческими катаклизмами, судьбами людей и всем мирозданием.

Первые творческие опыты Хлебникова — не столько стихи, сочинявшиеся еще с 11 лет, сколько «снимки» — записи фенологических и орнитологических наблюдений, перемежаемых размышлениями на темы биологии, психологии, философии, этики и набросками автобиографической прозы («Еня Воейков»). Студентом напечатал несколько статей по орнитологии. Событием явился «Опыт построения одного естественнонаучного понятия» (1910; о понятии «метабиоз», парном к «симбиозу») — попытка синтеза естественнонаучного знания с гуманитарным. Видимо, еще из Казани какую-то рукопись посылал на отзыв Максиму Горькому.

В 1908 году в Крыму Велемир Хлебников познакомился с Вячеславом Ивановым, переписывается с ним, входит в круг его «Академии»; их пути быстро разошлись, но добрые отношения остались. Журнал «Весы», стихи Федора Кузьмича Сологуба и Сергея Митрофановича Городецкого, стихи и проза Кузмина, «Серебряный голубь» Андрея Белого, творчество Александра Блока, Алексея Михайловича Ремизова, Мориса Метерлинка, Уолта Уитмена, французских художников — среда, в которой живет Хлебников в Петербурге в 1908-1910.

Литературный дебют Хлебникова — публикация переполненного неологизмами стихотворения в прозе «Искушение грешника» (журнал «Весна», 1908, № 9) — прошел незамеченным, но приводит к дружбе с Василием Васильевичем Каменским, который позже знакомит Хлебникова с братьями Бурлюками, Еленой Генриховной Гуро (наст. фамилия Нотенберг) и Михаилом Васильевичем Матюшиным. «Аполлон» отказывается печатать поддержанный Ивановым и Кузминым «Зверинец» Хлебникова, и настоящий его дебют знаменуют «Заклятие смехом», помещенное Н. И. Кульбиным в «Студии импрессионистов», и публикация «Зверинца» в первом «Садке судей» (1910). Кубофутуризм пытается использовать «великого гения современности» как знамя в своей борьбе с символистами и акмеистами. Хлебников же ищет «собеседников» во всей мировой культуре — от Эхнатона, Пифагора, Лао-цзы, Иисуса и Ариабхаты до новейшей физики, от Низами, Леонардо да Винчи, Александр Пушкина и Андрея Никифоровича Воронихина до Герберта Джорджа Уэллса, Александра Николаевича Скрябина, Пабло Пикассо и Владимира Евграфовича Татлина.

Углубленный в свои «осады», не преуспевавший в публичных выступлениях, Будетлянин сближается с широким кругом молодых поэтов и художников авангарда, много печатается в их изданиях. Велемир Хлебников часто посещает любимую им Москву и родных в Астрахани. Вместе с Бурлюками, Каменским, Бенедиктом Константиновичем Лившицем и Алексеем Елисеевичем Крученых входит в группу «Гилея». В 1912 году знакомится с Владимиром Владимировичем Маяковским, участвует в подготовке манифеста для сборника «Пощечина общественному вкусу», затем — и других подобных деклараций 1913-1914 годов. Иждивением Давида Давидовича Бурлюка издает в Херсоне статью-брошюру «Учитель и ученик». Читателю уже известны многие тексты Хлебникова (часто с искажениями), в том числе пьесы «Маркиза Дэзес» и «Чертик», поэмы «Журавль», «Шаман и Венера», «Гибель Атлантиды», «Сельская дружба», стихотворения «Сегодня снова я пойду...», «Кузнечик», «Времыши-камыши...», «Там, где жили свиристели...», «Когда умирают кони, дышат...», «Семеро», «Числа», рассказы «Закаленное сердце» и «Николай», статья «О расширении пределов русской словесности». Но почти для всех он остается в тени своих товарищей.

К началу мировой войны «Гилея» уже распадается. Вскоре будет закрыта и «Бродячая собака» — место, где нередко бывал Хлебников (ей посвящены ряд строф в неоконченной поэме «Олег Трупов», 1915). Контакты с товарищами не прекращаются, манифесты «Короля времени Велимира I» в листовке «Труба марсиан», 1916, подписывают Н. Н. Асеев, Г. Н. Петников и М. М. Синякова. У сестер Синяковых, в Красной Поляне, дачной местности под Харьковом, поэт неоднократно находит приют в 1916-1920 годах (до этого он часто бывал гостем у дачников в Куоккала). С апреля 1916 по май 1917 года Велемир Хлебников — рядовой «под ружьем» в запасных полках Поволжья, в казармах и разных больницах «на обследовании». И в этих тяжелых условиях он пишет и публикует несколько, в основном, антивоенных стихотворений, которые позднее войдут в «сверхпоэму» «Война в мышеловке» (1915-1919-1922; опубликована в конце 1920-х).

Весной 1917 года в Харькове крошечным тиражом публикуется «Воззвание Председателей Земного шара» и популярное ныне стихотворение «Свобода приходит нагая...» — отклики на Февральскую революцию. С не меньшими надеждами встречен им и Октябрьский переворот. Предчувствуя события, Хлебников становится свидетелем-«репортером» борьбы и боев в Петрограде, Москве и Астрахани, где живет до весны 1919. Еще в конце 1916 предсказывает время начала Гражданской войны. Ее он непосредственно переживает в Харькове, взятом Деникиным. Переносит два тифа, осенью 1919 года, избегая мобилизации, проходит обследование в психиатрической больнице, где пишет поэмы «Лесная тоска», «Поэт» и «Гаршин».

В 1919-20 годах в голодном Харькове Хлебников испытывает огромный творческий подъем. Здесь написаны и поэмы «Ночь в окопе», «Три сестры» и «Ладомир», и такие «сверхпоэмы», как «Азы из Узы» и «Царапина по небу», заполняется десятками стихотворений и разными набросками подаренный ему так называемый «Гроссбух». В конце 1920, перебравшись в Баку, Хлебников находит, наконец, и «основной закон времени» (он видит в нем главнейшее из всех своих достижений, более важное, чем стихи).

Активно сотрудничая как литератор с Советской властью, Велемир Хлебников клеймит и расстрел царской семьи, и ужасы Чека. Его нисколько не увлекает белое движение, и к плакату РОСТА он пишет агитку «От зари и до ночи / Вяжет Врангель онучи...» В апреле 1921 с частями Красной Армии отправляется в Персию. С ней связаны стихотворения «Иранская песня», «Ночь в Персии», поэма «Труба Гуль-муллы» — своего рода дневник его путешествия. Прощанию с Закавказьем посвящено стихотворение «Ручей с холодною водой...». Октябрь Хлебников проводит в Железноводске, пополняя «Гроссбух», часть ноября и декабря, в Пятигорске. Творческий подъем не ослабевает, вопреки предельно тяжелому быту, голоду и болезням. Здесь завершены поэмы «Ночной обыск», «Председатель Чеки», «Ночь перед Советами», «Настоящее», «Горячее поле» («Прачка»), «Переворот во Владивостоке», «Берег невольников», «Шествие осеней Пятигорска», стихотворения о голоде в Поволжье, о Лермонтове, о 1905 годе и Москве, о Бурлюке и Крученых и других, рождается строка «Русь, ты вся поцелуй на морозе!», продолжается работа над «Досками судьбы» и «Зангези».

После двух с половиной лет, под новый 1922 год, Велемир Хлебников возвращается в Москву. Он уже знает, что Маяковский не выполнил обещания и не издал том его произведений, но еще надеется на возвращение оставленных рукописей, однако «другу» — не до этой заботы. В апреле происходит разрыв отношений с былым «гилейцем», становящимся «лефовцем». Будетлянина одолевают приступы малярии, его быт по-прежнему тяжел. Рядом с ним Митурич, семья Исаковых, Спасские, молодежь Вхутемаса. Чтобы собрать силы для поездки в Астрахань, в мае Хлебников отправляется с графиком Петром Васильевичем Митуричем отдохнуть в Новгородской глуши. Там недуги берут свое, помощь из Петрограда и Москвы уже не может спасти тяжело умиравшего поэта. Теперь его могилу на Новодевичьем кладбище в Москве отличает массивное изваяние «каменной бабы», воспетой им в 1919 году в одноименной поэме.

Русская писательница-мемуаристка Надежда Яковлевна Мандельштам, как до этого, в первые месяцы 1922 года, Брики, не один раз подкармливала Хлебникова. Во время этих «обедов» проходили его беседы с ее мужем. Их значение обнаруживается в серии статей Мандельштама 1922-23, его стихотворениях тех же лет и позднее — в «Восьмистишиях», «Стихах о неизвестном солдате» и, что пока является гипотезой, даже в так называемой «Оде Сталину», где, возможно, в особо «хитрых углах» портрета «отца народов», присутствует и образ Хлебникова — «близнеца» и «отца» автора. Если так, то именно здесь непредсказуемо сошлись вершины акмеизма и будетлянства.

Велемир Хлебников умер 28 июня 1922 года в деревне Санталово, Крестецкий уезд Новгородской губернии; похоронен там же на погосте деревни Ручьи. В 1960 его останки были захоронены на Новодевичьем кладбище в Москве.