Né dans une famille aisée et distinguée, Vercors fit ses études à Aix-les-Bains, puis au Lycée Louis-le-Grand à Paris. Il poursuivit ensuite des études de droit, mais son intérêt pour la peinture l'amena à fréquenter l'Académie Julian et à travailler avec le sculpteur Antoine Bourdelle. Sa première exposition personnelle eut lieu en 1923 au Salon des Indépendants de Paris, où il exposa ses sculptures en bronze.
En tant que membre des Jeunesses Patriotes, Vercors collabora avec le journal Le Berceau de la race en 1926 et 1927, tout en conservant son engagement socialiste. Dans les années 30, il fut proche du Front Populaire et s'engagea dans des actions en faveur des ouvriers agricoles de Savoie.
La guerre eut un grand impact sur sa vie. Engagé volontaire comme ambulancier à la première bataille de Verdun, il fut grièvement blessé le 10 mai 1916 et resta hospitalisé pendant plusieurs années. Sa vie fut marquée par les souvenirs traumatiques de cette expérience.
En tant que résistant actif durant la Seconde Guerre mondiale, Vercors organisa des groupes clandestins et fournit des renseignements à Londres. Il fut arrêté à deux reprises et déporté au camp de Mauthausen, mais il réussit à s'évader et rejoindre la France libérée.
Après la guerre, Vercors poursuivit sa carrière d'écrivain et publia plusieurs romans, dont Le Silence de la Mer (1942), qui fut adapté au cinéma par Jean-Pierre Melville en 1943. Il continua également à travailler comme sculpteur, illustrateur et graphiste, et créa les pochettes des albums de musique de Jacques Brel.
Vercors reçut plusieurs distinctions pour son travail, dont le Grand Prix National du Roman en 1946, le Prix Goncourt en 1953 pour Le Vent de la Chair, et en 1970, il fut élu à l'Académie française. Il décéda en 1991 à Sassenage, dans le sud-est de la France.