Родился в семье архитектора в Индианаполисе, который стал местом действия многих его романов. С 1941 по 1943 проходил обучение в университете Корнелл в штате Нью-Йорк. После бомбардировок порта Пёрл-Харбор добровольно вступил в ряды вооружённых сил США и участвовал во Второй мировой войне. В 1944 году попал к немцам в плен. Находясь в плену, стал свидетелем бомбардировки Дрездена авиацией союзнических войск, оказался в числе семи американских военнопленных, выживших в тот день. Его переживания нашли отражение во многих произведениях. Был освобождён войсками Красной армии в мае 1945.

По возвращении с фронта поступил в аспирантуру Чикагского университета по специальности «антропология». Одновременно с учёбой работал полицейским репортёром в бюро новостей. Считал, что благодаря этому выработал свой авторский почерк. Ведущие темы творчества — дегуманизирующее влияние технологий, борьба человека с враждебной вселенной. Романы: «Механическое пианино» (1952), «Колыбель для кошки» (1963), «Утопия 14» (1967), «Тюремная пташка» (1982) и другие. Мировую славу писателю принесло во многом реалистическое произведение «Бойня номер пять, или Крестовый поход детей» (1969), посвященное бомбардировке Дрездена. Во многих произведениях Воннегут выражает свои мысли устами главных героев, язык которых ироничен, порой циничен, полон неологизмов.