Format a Mèxic, el 1897 anà becat a Roma, on estudià art, dret i filosofia, i es relacionà amb polítics socialistes, amb els quals col·laborà. Actiu nacionalista, a suggeriment de l’escriptor Leopoldo Lugones, adoptà el nom de Doctor Atl (que en nàhuatl significa ‘aigua’). De tornada a Mèxic, treballà a l’Academia de San Carlos i reivindicà un art genuïnament mexicà, allunyat de la tradició europea i arrelat en l’art popular indígena. El 1913 anà a París, on fundà la revista politicoartística Action d’Art, que edità (1913-15), i s’oposà a la dictadura de Victoriano Huerta.
Com a pintor fou influït pel postimpressionisme. El 1916 tornà al seu país i s’involucrà en la Revolució Mexicana, fent costat a Venustiano Carranza, i influí decisivament en l’orientació estètica i política dels capdavanters del muralisme mexicà David Alfaro Siqueiros, Diego Rivera i José Clemente Orozco, però, a diferència d’aquests, centrà la seva obra (pintura i aiguafort) en el paisatge de la natura mexicana, exemplificada sobretot en les panoràmiques de volcans suggeridores d’una força tel·lúrica.
Fou un estudiós de l’art popular (Las artes populares de México, 1921) i també vulcanòleg, i a conseqüencia d’un accident en l’estudi d’un volcà perdé una cama. També fou un narrador notable (Cuentos bárbaros y de todos los colores). Rebé nombroses distincions (Medalla Belisario Domínguez del Senado de la República, 1956; Premio Nacional de Bellas Artes, 1958). Publicà alguns articles a La Veu de Catalunya.