1914년 아르헨티나의 부에노스아이레스에서 태어났다. 부에노스아이레스 대학교에 입학해 법학을 전공하지만 『미래를 향해 열일곱 발을 쏴라』를 출간한 후 철학과 문학에만 전념하기 위해 학교를 그만둔다. 1934년 단편집 『혼돈』을 내고, 후에 아내가 되는 실비나 오캄포가 삽화를 그린 단편집 『집에서 만든 석상』을 출간한다. 첫 번째 소설이자 대표작인 『모렐의 발명』을 발표하면서 큰 명성을 억었고, 이 작품으로 제 1회 부에노스아이레스 문학상을 수상했다. 환상과 현실이 조화를 이룬 문학 세계를 구축한 비오이 카사레스는 호르헤 루이스 보르헤스와 더불어 아르헨티나 소설계의 대부로 일컬어지는데, 그와 보르헤스는 1932년 첫 만남 이후 평생의 지기로 지내며, 함께 전위적 비평지 《철 아닌 때》를 발간하고, 오노리오 부스토스 도메크라는 필명으로 『이시드르 파로디 씨의 여섯가지 문제』『부스토스 도메크의 연대기』등의 작품을 공동 집필 하기도 했다. 비오이 카사레스의 주요 소설로는 『모렐의 발명』외에 『영웅들의 꿈』『햇빛 아래서 잠자기』를 비롯해 『라플라타 어느 사진사의 모험』 등이 있으며, 단편집으로는 『도주 계획』『위대한 천사』『러시아 인형』 등이 있다. 일상에 숨겨진 또 다른 현실로서의 환상을 그림으로서 무한한 세계의 법칙을 밝히고자 했던 그의 문학 세계는 보르헤스의 그늘에 가려 제대로 평가받지 못하다가, 보르헤스 사후에야 비로소 조명을 받았다. 1981년 프랑스 레지옹 도뇌르 훈장을 받고, 1990년에 스페인의 세르반테스 상, 1991년에 멕시코의 알폰소 레예스 상 등 다수의 문학상을 수상했다. 1999년에 세상을 떠났다.