Ông sinh ngày 31 tháng 5 năm 1919, trong một gia đình nhà nho nghèo gốc nông dân dưới chân núi Mồng Gà ở làng Ân Phú, huyện Hương Sơn (nay là xã Ân Phú, huyện Vũ Quang), tỉnh Hà Tĩnh. Huy Cận lúc nhỏ học ở quê, sau vào Huế học trung học, rồi raHà Nội học trường Cao đẳng Canh nông. Trong thời gian học Cao đẳng, ông ở phố Hàng Than cùng với Xuân Diệu. Từ năm 1942, ông tham gia phong trào sinh viên yêu nước và Mặt trận Việt Minh, Huy Cận đã tham dự Quốc dân đại hội ở Tân Trào (tháng 8 năm 1945) và được bầu vào Ủy ban giải phóng (tức Chính phủ Cách mạng lâm thời sau đó). Huy Cận cũng từng cộng tác với nhóm Tự Lực Văn Đoàn.
Sau Tổng khởi nghĩa tháng Tám, ông là Bộ trưởng Bộ Canh nông trong Chính phủ liên hiệp lâm thời.
Sau này ông làm thứ trưởng Bộ Văn hóa, rồi Bộ trưởng đặc trách Văn hóa Thông tin trực thuộc Hội đồng Bộ trưởng trong chính phủ Việt Nam Dân chủ Cộng hòa và Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam, phụ trách các công tác văn hóa và văn nghệ. Từ 1984, ông là Chủ tịch Ủy ban Trung ương Hội Liên hiệp văn học nghệ thuật Việt Nam.
Huy Cận đã được Nhà nước phong tặng Giải thưởng Hồ Chí Minh về văn học nghệ thuật (đợt I - năm 1996).
Tháng 6 năm 2001, Huy Cận được bầu là Viện sĩ Viện Hàn lâm Thơ Thế giới.
Về đời tư, Huy Cận có hai người vợ. Người vợ đầu của ông là bà Ngô Xuân Như, em gái của nhà thơ Xuân Diệu. Có nhiều người tin rằng Huy Cận cùng với Xuân Diệu là hai nhà thơ đồng tính luyến ái. Huy Cận và Xuân Diệu từng sống với nhau nhiều năm, và cho những bài thơ Tình trai, Em đi của Xuân Diệu và Ngủ chung của Huy Cận là viết về đề tài này.
Huy Cận mất ngày 19 tháng 2 năm 2005 tại Hà Nội.
Con trai ông là Tiến sĩ luật Cù Huy Hà Vũ
Huy Cận có thơ đăng báo từ 1936, cho in tập thơ đầu Lửa Thiêng năm 1940 (gồm những bài đã đăng báo, khoảng 1936-1940) và trở thành một tên tuổi hàng đầu củaphong trào Thơ mới lúc bấy giờ. Bao trùm Lửa Thiêng là một nỗi buồn mênh mang da diết. Thiên nhiên trong tập thơ thường bao la, hiu quạnh, đẹp nhưng thường buồn. Nỗi buồn đó dường như vô cớ, siêu hình nhưng xét đến cùng, chủ yếu là buồn thương về cuộc đời, kiếp người, về quê hương đất nước. Hồn thơ "ảo não", bơ vơ đó vẫn cố tìm được sự hài hòa và mạch sống âm thầm trong tạo vật và cuộc đời. Trong Kinh cầu tự (1942, văn xuôi triết lí) và Vũ trụ ca (thơ đăng báo 1940-1942), Huy Cận đã tìm đến ca ngợi niềm vui, sự sống trong vũ trụ vô biên song vẫn chưa thoát khỏi bế tắc.
Sau Cách Mạng Tháng Tám - nhất là từ 1958 - hồn thơ Huy Cận được khơi nguồn từ cuộc sống chiến đấu và lao động xây dựng của nhân dân, trở nên dồi dào, tràn đầy lạc quan. Các tập thơ của Huy Cận sau Cách mạng: Trời mỗi ngày lại sáng (1958), Đất nở hoa (1960), Bài thơ cuộc đời (1963), Hai bàn tay em (thơ thiếu nhi, 1967), Những năm sáu mươi (1968), Chiến trường gần đến chiến trường xa (1973), Họp mặt thiếu niên anh hùng(1973), Những người mẹ, những người vợ (1974), Ngày hằng sống ngày hằng thơ (1975), Ngôi nhà giữa nắng (1978), Hạt lại gieo (1984) …