En 1881  su familia abandona  Uruguay  para instalarse en Mataró, ciudad natal del padre. En 1892 se trasladaron a Barcelona y se inscribió en la Escola de Llotja, aunque abandonaría sus estudios un año después. En un primer momento enfocó su obra hacia el modernismo, pero pronto viraría hacia una estética más clásica, hasta convertirse, junto a Eugenio d’Ors, en la figura más importante del Noucentisme. En 1916 conoció a su compatriota Rafael Barradas, de quien recibió la influencia del arte de vanguardia, y en 1920, tras serle cancelado el encargo de realizar unos frescos para el Palacio de la Generalitat, se trasladó a Nueva York, donde residió tres años.

En 1922 regresó a Europa y se instaló primero en Italia, después en el sur de Francia y, en 1926, en París. En contacto con el epicentro del arte moderno, dio un giro a su obra, modernizándola, sin por ello renunciar a sus principios. Sufrió una gran influencia del primitivismo y después de la pintura geométrica, que recibió de la mano de los pintores Piet Mondrian y Theo van Doesburg, a los que frecuentó en París.

En 1929 conoció al crítico y poeta belga Michel Seuphor, con quien formaría el grupo Cercle et Carré junto con Georges Vanttongerloo y Luiggi Russolo, dedicado a promover la abstracción geométrica en contra del surrealismo. A finales de 1932, debido a la crisis económica,  decidió trasladarse a Madrid en busca de fortuna, pero las cosas no le fueron bien, y a mediados de 1934 regresó definitivamente a su Montevideo natal. Allí continuó su labor pictórica y pedagógica, fundando la Asociación de Arte Constructivo y, posteriormente, el taller Torres-García, donde desarrolló una actividad pedagógica que fue fundamental para el desarrollo del arte de vanguardia en Uruguay. Su obra sería también uno de los puntos de partida de la gran tradición  del arte geométrico en América latina.