Kurt Vonnegut ősei Németországból, a vesztfáliai Münsterből származtak. 1848-ban egymillió más némethez hasonlóan vándoroltak ki Amerikába, 1850-ben pedig Indianapolisban telepedtek le, ahol Vonnegut is született. Anyja gazdag sörgyáros családból származott, apja ismert építész volt, de a nagy gazdasági válság idején virágzó üzlete szinte egyik napról a másikra omlott össze, így el kellett adniuk házukat, őt pedig kivették a magániskolából. Apja soha nem heverte ki az anyagi csőd következményeit, anyja depressziós lett, végül 1944-ben öngyilkosságot követett el. 

Vonnegut egész életét és munkásságát meghatározó pesszimizmusa a fiatal korában átélt tragédiák sorozatában gyökerezett. Már diákként írta és szerkesztette az iskolai lapot, és ekkor dolgozta ki maga számára alapelveit: tárd fel a tényeket, írj egyszerű mondatokat, ismerd meg jól közönségedet. 1940-től a Cornell Egyetemen tanult biokémiát, de saját bevallása szerint is több időt fordított az egyetem lapjának szerkesztésére.

Az Egyesült Államok hadba lépése után jelentkezett a hadseregbe, 1944 decemberében az ardenneki csata során német fogságba esett. Drezdába vitték kényszermunkára, ahol 1945. február 13-15-én a várost szinte teljesen elpusztító, több tízezer áldozatot követelő angolszász szőnyegbombázást csak azért élte túl, mert egy korábbi vágóhíd földalatti húsraktárában őrizték társaival együtt. Az életben maradtak feladata ezután egy hétig az áldozatok maradványainak összegyűjtése és eltemetése volt. Vonnegutot drezdai élményei késztették húsz évvel később leghíresebb könyve, Az ötös számú vágóhíd megírására. A sors, a szabad akarat, az emberi természet illogikus voltát boncolgató művet George Roy Hill filmesítette meg, és 1972-ben el is nyerte vele a zsűri díját az 1972-es cannes-i filmfesztiválon. A film zenéjét a zongoraművész Glenn Gould szerezte.

Vonnegut a háború befejeződése után hazatért és megnősült. Nejétől három gyermeke született, de 1958-tól a rákban elhunyt nővére három gyermekét is ő nevelte. A Chicagói Egyetem antropológiai szakán szerzett diplomát, ezután a General Electric óriásvállalat reklámosztályán dolgozott. Közben lankadatlanul írt és házalt műveivel a kiadóknál. 

1950-ben jelent meg első novellája, A Barnhouse effektus címmel, majd két évvel később első regénye, az amerikai életforma gyilkos szatíráját adó Gépzongora. Következő művét 1959-ben adták ki: a Titán szirénjeiben horizontja kitágult, és az átélt szenvedések hatására már az egész emberi nem, a jelenkori történelem foglalkoztatta. Két évvel később egy kémtörténet, az Éj anyánk került ki a tolla alól, 1963-ban következett a Macskabölcső néhol groteszk és humoros, mégis megható története, amely az emberiség általában vett ostobaságára emlékezteti az olvasót. 1965-ben látott napvilágot az Áldja meg az Isten, Mr. Rosewater, az elértéktelenedett, kiüresedett lelkekkel benépesített Amerika bemutatása, majd Az ötös számú vágóhíd 1969-ben a világ egyik legnépszerűbb írójává tette.

Vonnegut magánélete ugyanakkor tele volt tragédiákkal: felesége elhagyta és egyik fia idegösszeomlást kapott, amelyből csak lassan épült fel. Az író ötvenedik születésnapjára lepte meg magát A bajnokok reggelije című művével, az első írói szakaszát lezáró, legtudatosabb posztmodern regényéből később Bruce Willis főszereplésével készült film. Az 1976-os Börleszk című, személyes indíttatású regényben a mindennapjait megnehezítő lelki problémákat "írta ki" magából.

Munkásságában ezután csökkent a fantasztikum, inkább az amerikai társadalom rajza került túlsúlyba, de a Mesterlövész, a Kékszakáll, majd a Galapagos tanúsította, hogy megőrizte csak rá jellemző ironikus hangját. 1979-ben újra megnősült, fényképész feleségével egy hetedik gyermeket is örökbe fogadtak.

Vonnegut erőteljes szószólója volt az alkotmányos szabadságjogok védelmének, a nukleáris fegyverek ellenőrzésének, szívén viselte a Föld törékeny bioszférájának megőrzését. Úgy vélte, hogy a vállalatok kapzsisága, a túlnépesedés, a háborúk végül leterítik az emberiséget. „Megmenthettük volna a világot, de átkozottul lusták voltunk” - írta, bocsánatot kérve az őt követő generációktól.

Az írásait, interjúit átható derű ellenére Vonnegut egész életében depresszióval küszködött, 1984-ben még az öngyilkossággal is megpróbálkozott. "Kedvenc" halálnemének a repülőszerencsétlenséget választotta volna, egy Kilimandzsáró csúcsának ütköző repülőgéppel. Nem így történt: 84 évesen elesett New York-i otthonában, és 2007. április 11-én belehalt fejsérüléseibe.

Vonnegut így vallott magáról Majomház című kötetének (1968) bevezetőjében: „1949 óta írok. Autodidakta vagyok. Nincsenek elméleteim az írással kapcsolatban, amelyek segítségére lehetnének másoknak. Ha írok, azzá válok, amivé látszólag válnom kell. Magasságom száznyolcvanöt centiméter, a súlyom csaknem kilencvenegy kiló. Mozgáskoordinációm tökéletlen, kivéve, ha úszom. Az írás ennek a kölcsönhústömegnek a dolga. Vízben gyönyörű vagyok.” (MTVA Sajtóarchívum)