Guthrie nació en Okemah (Oklahoma), el 14 de julio de 1912. Sus padres le dieron el nombre del presidente Woodrow Wilson, elegido ese mismo año.
La huella de estos viajes se encuentra en muchas de sus canciones, como "I Ain't Got No Home", "Goin' Down the Road Feelin' Bad", "Talking Dust Bowl Blues", "Tom Joad" o "Hard Travelin'". En 1937 se hizo famoso en Los Ángeles, junto con Maxine "Lefty Lou" Crissman, tocando en la radio música hillbilly y folk. Trabajando para la emisora KFVD, propiedad de un dirigente del ala izquierda del Partido Demócrata, Guthrie empezó a componer e interpretar canciones-protesta. Durante esos años (1939-1949) escribió a diario una columna de opinión para el periódico del Partido Comunista, People’s Daily World, acerca de la problemática de los inmigrantes del Medio Oeste en California. Militó también durante algunos años en el sindicato Industrial Workers of the World.
En 1939 se trasladó a Nueva York, donde se integró en el ambiente político izquierdista. Por entonces hizo sus primeras grabaciones de importancia: varias horas de conversación y canciones, que fueron grabadas por el folclorista Alan Lomax para la Biblioteca del Congreso, y un álbum, Dust Bowl Ballads, para la compañía RCA Victor, en Camden, Nueva Jersey. Empezó a escribir una narración semiautobigráfica sobre sus experiencias en los años del Dust Bowl, Bound for Glory, que se publicaría en 1943.
A finales de la década de 1940, la salud de Guthrie empeoró. Mostraba una conducta errática. Abandonó a su familia y viajó a California con Ramblin' Jack Elliott. Allí contrajo un tercer matrimonio y tuvo otro hijo, antes de regresar finalmente a Nueva York. Se le diagnosticó inicialmente alcoholismo y esquizofrenia, pero se terminó descubriendo que padecía la Enfermedad de Huntington, que había causado la muerte de su madre. Estuvo ingresado en el Greystone Park Psychiatric Hospital de 1956 a 1961, y, posteriormente, en la Creedmoor Mental Institution en Queens, donde falleció el 3 de octubre de 1967.