Ծնվել է Նոր Նախիջևանում (այժմ` ՌԴ Դոնի Ռոստով): 1895թ. ավարտել է տեղի հանրակրթական երկլեզվյան (հայերեն, ռուսերեն) ուսումնարանը: 1897-1904թթ սովորել է Մոսկվայի գեղանկարչության, քանդակագործության և ճարտարապետության ուսումնարանի գեղանկարչության բաժնում: 1901թ. մեկնել է Կովկաս, եղել Երևանում, Աշտարակում, Վաղարշապատում, Սևանում, Անիում: 1903թ. ավարտել է ուսումնարանի հիմնական դասընթացը և մոտ երկու տարի կատարելագործվել նույն հաստատությանը կից Սերովի և Կորովինի դիմանկարի արվեստանոցում: Սովորելու տարիներին ստեղծել է մոր` Ուստիան Սարյանի (1898թ.), Սոֆյա Միանսարյանի (1903թ.) դիմանկարները, «Ինքնանկարը», «Մայրավանքը» (երկուսն էլ` 1902թ.) և այլ գործեր: Ստեղծել է դիմանկարներ, բնանկարներ, նատյուրմորտներ, պաննոներ, ձևավորել գրքեր, կատարել բեմանկարչական գործեր: 1904-09թթ հրաժարվել է ավանդական մտածելակերպից և սկզբունքներից` ստեղծելով նոր ու արդիական արվեստ, որը կոչվում է «սարյանական»: 1907թ. Մոսկվայում մասնակցել է «Գոլուբայա ռոզա» և այլ ցուցահանդեսների, ներկայացրել է «Հեքիաթներ ու երազներ» նկարաշարը («Հեքիաթ: Արարատի ստորոտին», 1904թ., «Ծաղկած սարեր», 1905թ., «Համբույր», 1906թ., «Հեքիաթ», 1908թ. և այլն), որը տոգորված է կյանքի առօրյայից բարձրանալու և տիեզերքի անսահմանության մեջ հավերժանալու բերկրալի ձգտումով: 1910-ական թվականներին ճամփորդել է Կոստանդնուպոլսում (1910թ.), Եգիպտոսում (1911թ.), Պարսկաստանում (1913թ.): Այդ շրջանի գործերից են` «Կ.Պոլիս: Փողոց: Կեսօր», «Իվան Շչուկինի դիմանկարը», «Փյունիկյան արմավենի», «Եգիպտական գիշեր», «Բանաններ», «Գարեգին Լևոնյան», «Պարսկական նատյուրմորտ», «Դաշտային ծաղիկներ» և այլն, որոնք կերպավորմամբ, ընդգրկված նյութով ու մոտիվներով իրական են: Համադրելով եգիպտական կերպարվեստի մոնումենտալության ու ճապոնական գունագրության մի քանի էական հատկանիշներ, Պոլ Գոգենի դեկորատիվ գունամտածողությունը, ծավալաձևի սեզանյան սկզբունքը, գունագծերի շեշտադրման Վան Գոգի եղանակը, ստացել է նոր, ինքնատիպ արժեք ու որակ: «Գլիցինիաներ», «Մրգեղենի կրպակ», «Փողոց Կոստանդնուպոլսում» նկարները առաջին անգամ գնել է Մոսկվայի Տրետյակովյան պատկերասրահը: 1915թ. Հայոց ցեղասպանության ժամանակ աշխատել է «Հայերին օգնող մոսկովյան կոմիտեում», մեկնել է Էջմիածին, Հովհաննես Թումանյանի, Գարեգին Հովսեփյանի և ուրիշների հետ ջանք չի խնայել համաճարակից փրկելու հայ գաղթականներին: Սակայն ծանր տպավորություններից հոգեկան ցնցում ստանալով` տեղափոխվել է Թիֆլիսի հիվանդանոց: 1916թ. Մոսկվայում Վարդգես Սուրենյանցի հետ ձևավորել է Վալերի Բրյուսովի «Հայ պոեզիան...» ժողովածուն, 1919թ. Նոր Նախիջևանում հիմնել է գավառագիտական թանգարան: 1921թ. Ալեքսանդր Մյասնիկյանի հրավերով` ընտանիքով տեղափոխվել է Երևան, նշանակվել նոր կազմակերպվող Հայաստանի պետական թանգարանի վարիչ, օգնել է Երևանի գեղարվեստի ուսումնարանի հիմնադրմանը, Հակոբ Կոջոյանի հետ ստեղծել է ՀԽՍՀ զինանշանը, 1945-51թթ եղել է Հայաստանի նկարիչների միության նախագահը: 1924թ. մասնակցել է Վենետիկի բիենալեի 14-րդ ցուցահանդեսին: 1926-28թթ ապրել և ստեղծագործել է Փարիզում: 1928թ. Փարիզի «Ժիրար» սրահում բացվել է նկարչի անհատական ցուցահանդեսը: Այդ ցուցահանդեսը հայրենիք տեղափոխող «Ֆրիժի» նավի վրա հրդեհ է առաջացել, այրվել է նկարների մեծ մասը: 1937թ. Փարիզում բացված համաշխարհային ցուցահանդեսի ԽՍՀՄ-ի տաղավարի դեկորատիվ պաննոյի համար արժանացել է «Գրան Պրի» մրցանակի: Նրա հեղինակած դիմանկարներում, նատյուրմորտներում, բնանկարներում և պաննոներում («Հայաստան», «Եղիշե Չարենցի դիմանկարը», «Արևոտ բնանկար», երեքն էլ` 1923թ., «Վահրամ Փափազյանի դիմանկարը», 1924թ., «Աշնանային մառախլապատ օր», 1928թ., «Զանգվի ափը», 1930թ., «Ծաղիկներ», 1945թ., «Բակի անկյուն», 1953թ., և այլն) 1923թ-ից արմատապես փոխվել են նկարչի տեխնիկայի որոշ սկզբունքներ, իրականության հետ կապը դարձել է առավել անմիջական, երևակայականն ու կյանքի իդեալականացված կերպավորումները փոխարինվել են շոշափելի և բնական պատկերացումներով: Ուշագրավ են Արարատյան դաշտի, Սևանի, Լոռու, Զանգեզուրի և այլ վայրերի բնանկարները: «Իմ հայրենիքը» նկարաշարի (1952-58թթ) համար արժանացել է ԽՍՀՄ Լենինյան մրցանակի (1961թ.): Ձևավորել է նաև գրքեր` Ավետիք Իսահակյանի «Բանաստեղծությունները» 1929թ., Հովհաննես Թումանյանի «Հեքիաթները» 1930թ., Եղիշե Չարենցի «Երկիր Նաիրին» 1933թ. և այլն, օպերային (Ալեքսանդր Սպենդիարյանի «Ալմաստը», 1930 թ., Օդեսայում` 1933թ. և 1939թ., ԽՍՀՄ Պետական մրցանակ` 1941թ., Արմեն Տիգրանյանի «Դավիթ Բեկը», 1956թ. և այլն) ու թատերական (Էդուարդո դե Ֆիլիպոյի «Ֆիլումենա Մարտուրանոն», 1956թ., Մոսկվայի Եվգենի Վախթանգովի անվան թատրոն) ներկայացումներ, նաև Գաբրիել Սունդուկյանիանվան թատրոնի վարագույրը: Եղել է գույնի մեծ վարպետ, ստեղծել է վիթխարի մի պատկերասրահ` շուրջ 3 հազար գործ: Ինքնատիպ գեղանկարչական լեզվով նա հայտնաբերել է գեղանկարչության ազգային ոճի վերակերտման ուղին, ազգային արվեստը բարձրացրել միջազգային մակարդակի: Անհատական ցուցահանդեսներ է ունեցել Մոսկվայում, Լենինգրադում, Թբիլիսիում, Փարիզում, Երևանում և այլուր: Եղել է ԽՍՀՄ Գերագույն Խորհրդի 2-4-րդ գումարումների պատգամավոր: 1958թ. արժանացել է Բրյուսելի միջազգային ցուցահանդեսի ոսկե մեդալի, 1965թ.` Հայաստանի Պետական մրցանակի: Եղել է նորագույն շրջանի հայկական գեղանկարչության ազգային դպրոցի հիմնադիրը, ԽՍՀՄ գեղարվեստի ակադեմիայի (1947թ.) և ՀԽՍՀ ԳԱ (1956թ.) ակադեմիկոս: Գրել է «Գրառումներ իմ կյանքից» (1980թ.) գիրքը: Նրա գործերը կենտրոնացված են Հայաստանի ազգային պատկերասրահում, Մոսկվայի Տրետյակովյան պատկերասրահում, նախկին Խորհրդային հանրապետությունների տարբեր թանգարաններում, ԱՄՆ-ի, Ֆրանսիայի և այլ երկրների մասնավոր հավաքածուներում: 1926թ. արժանացել է Հայաստանի, 1960թ.` ԽՍՀՄ ժողովրդական նկարչի կոչման: Մահացել է Երևանում: 1955թ-ից Սիրիայի Հալեպ քաղաքում գործում է «Սարյան ակադեմիան», 1967թ-ից Երևանում` տուն-թանգարանը: ՀՀ-ում Սարյանի պատկերով թողարկվել է 20-հազարանոց թղթադրամ: Նրա անունով Երևանում կոչվել է փողոց, տեղադրվել է հուշարձանը: