Ο Σπύρος Βασιλείου γεννήθηκε στο Γαλαξίδι το 1902 (ή 1903). Σπούδασε ζωγραφική στο Σχολείον των Τεχνών (μετέπειτα ΑΣΚΤ) από το 1921 έως το 1926. Ήταν μεταξύ των σπουδαστών που αγωνίστηκαν για την ανανέωση της Σχολής και εντάχθηκαν στο εργαστήριο του νεοεκλεγέντα Νίκου Λύτρα.

Από το 1926 δημοσιεύει σκίτσα και γελοιογραφίες στον Τύπο. Το 1929 κάνει την πρώτη του ατομική έκθεση στη γκαλερί  Στρατηγοπούλου, εντάσσεται στον «Σύνδεσμο Ελλήνων Καλλιτεχνών» και αναλαμβάνει την πρώτη του σκηνογραφική δουλειά, με προτροπή του Φώτου Πολίτη.Θα ακολουθήσουν, τα επόμενα χρόνια, σκηνογραφίες, κοστούμια και καλλιτεχνικές επιμέλειες για 140 περίπου θεατρικές παραστάσεις.

Το 1930 συμμετέχει στην επανίδρυση της «Ομάδος Τέχνη» και βραβεύεται από την Ακαδημία Αθηνών για τις μακέτες της αγιογράφησης του ναού του Αγίου Διονυσίου. Με τα χρήματα του βραβείου ταξιδεύει στην Ευρώπη και μελετά έργα των μεγάλων ζωγράφων. Στα χρόνια της Κατοχής (1941-1945) το χαρακτικό του έργο θα σημαδέψει την τέχνη της Αντίστασης. Εκτός από τα παράνομα έντυπα, εικονογραφεί ποιητικά και λογοτεχνικά κείμενα, εκδίδει χειρόγραφα βιβλία και πλήθος λιθογραφιών.

Μετά τον Εμφύλιο γίνεται μέλος της ομάδας «Στάθμη» (1949), συνδέεται στενά με τη διανόηση της γενιάς του ’30 και με προσωπικότητες από όλο το φάσμα των τεχνών. Η ζωγραφική του (τοπία, πορτρέτα, καθημερινές σκηνές και συνθέσεις με έντονα ελληνικό χρώμα) εμπνέεται άλλοτε από μορφές της λαϊκής παράδοσης, άλλοτε από ευρωπαϊκά πρότυπα και καταγράφει χαρακτηριστικές πλευρές της νεοελληνικής ζωής με γλαφυρότητα και ζωντάνια. Το ποιητικό και ταυτόχρονα οικείο ύφος του, με διακριτικά δάνεια από τον σουρεαλισμό ή την ποπ αρτ, έγινε ιδιαίτερα δημοφιλές.

Η πληθωρική του δραστηριότητα περιλαμβάνει ακόμα τη διδασκαλία σε διάφορες σχολές και σημαντικές συνεργασίες με δημόσιους και ιδιωτικούς καλλιτεχνικούς φορείς. Το 1960 τιμήθηκε με το βραβείο Guggenheim από το Ελληνικό Τμήμα της Διεθνούς Ενώσεως Κριτικών Τέχνης (AICA). Το 1969 εκδόθηκε το αυτοβιογραφικό του λεύκωμα Φώτα και Σκιές και το 1972 ξεκίνησε η λειτουργία του «Μαντρότοιχου» στο εξοχικό του στην Ερέτρια, με ενδιαφέρουσες εικαστικές εκδηλώσεις.

Παρουσίασε το έργο του σε δεκάδες ατομικές εκθέσεις και πάρα πολλές ομαδικές στην Ελλάδα και στο εξωτερικό. Συμμετείχε στη Μπιενάλε της Βενετίας (1964) και σε άλλες διεθνείς διοργανώσεις. Δύο αναδρομικές του εκθέσεις οργανώθηκαν στην Εθνική Πινακοθήκη (1975 και 1983).  Πέθανε στην Αθήνα το 1985. Από το 2001 το σπίτι του στην Αθήνα λειτουργεί ως μουσείο («Atelier Σπύρου Βασιλείου»). Το 2010 εκτέθηκε αναδρομικά το σκηνογραφικό του έργο στο Μουσείο Μπενάκη και το 2009 εκδόθηκε μονογραφία για το εικαστικό του έργο.