1929年長野県生まれ。京都市立美術工芸学校卒業。幼い頃から悩まされていた幻覚や幻聴から逃れるために、それらの幻覚・幻聴を絵にし始めた。1957年に渡米、ネット・ペインティング、ソフト・スカルプチュア、鏡や電飾を使ったインスタレーションやハプニングなど多様な展開を見せ、前衛芸術家としての地位を確立。様々なオブセッションを乗り越え、単一モチーフの強迫的な反復と増殖による自己消滅という芸術哲学を見出す。
1959年、マンハッタンのブラタ・ギャラリーで個展を行ない、大型絵画を発表して注目を集めた。1990年代には、草間が生涯にわたって用いる水玉模様を施したかぼちゃのモチーフが台頭するようになった。2013年発表の作品「南瓜」が、2021年クリスティーズが香港で開催したオークションにて約9億900万円で落札されたことが大きな話題となった。2017年には、作品の保存と振興を目的として、新宿区に「草間彌生美術館」を設立した。