Vin Diesel, astrolog ve psikiyatr annesi Delora Sherleen Sinclair ile üvey babası Irving H. Vincent tarafından büyütülmüştür. Biyolojik babasını hiç tanımamış oyuncunun Paul adında bir ikiz kardeşi vardır. Aktörlükle ilgili ilk deneyimini sekiz yaşındayken şans eseri yaşamıştır. O ve arkadaşları gizlice bir tiyatro binasına girip zarar verirken bir görevli onları durdurmuş ve her birine vereceği roller için 20 dolar teklif etmişti. Her gün okuldan sonra çalışmalara gittiler. Üvey babasının yöneticisi olduğu New York'taki bir Broadway dışı tiyatroda oyunculuk tecrübesi arttı. 17 yaşındayken para kazanmak için New York'taki kulüplerde koruma olarak çalıştı. Bu zaman içinde adını 'Vin Diesel' olarak değiştirdi. Daha sonra liseye giden Diesel, üç yıl sonra okulunu bırakarak kariyerini geliştirmek için Hollywood'a gitti. Tecrübeli bir tiyatro oyuncusu olduğu halde Hollywood'da başarıyı yakalayamadı ve bir yıl sonra New York'a döndü. Annesi ona Rick Schmidt'in 'Feature Films at Used Car Prices' kitabını verdi. Kitap ona kariyerini kontrol edebileceğini ve kendi filmini yapabileceğini gösterdi. Aktörlük tecrübelerini anlattığı bir kısa film yazdı; kitabın adı Multi-Facial (1994) idi ve üç günden kısa bir sürede 3,000 dolar kazandırdı. Multi-Facial (1994) ertesi yıl 1995 Cannes Film Festival’ine davet edildi. Daha sonra Los Angeles'a döndü ve yapmayı düşündüğü “Strays” (1997) filmi için bütçe oluşturmaya çalıştı. Çıkışından altı ay sonra film, 1997 Sundance Film Festivali'ne katıldı ve burada çok olumlu tepkiler aldı, fakat umulduğu kadar iyi iş yapmadı. Vin yeniden hayal kırıklığına uğramış bir şekilde New York’a döndü ve orada hep beklediği telefonu aldı. Steven Spielberg Multi-Facial'dan çok etkilenmişti ve Vin'le tanışmak ve Saving Private Ryan (1998) filminde oyamasını istiyordu. Multi-Facial sanatçıya daha başka işler de kazandırdı: The Iron Giant filminin yönetmeni kısa filmi gördükten sonra, ona filminde bir rol teklif etti. Sonraki süreçte tanınırlığı hızla arttı ve ilk başrolünü 'Richard B Riddick' olarak bilim kurgu filmi Pitch Black'le (2000) elde etti. Bu rol onu üne ve hayranlara kavuşturan çalışma oldu.

Diesel'a asıl şöhretini getiren ise Hızlı ve Öfkeli (The Fast and the Furious) film serisi oldu. İlk filmi 2001'de çekilen ve 2017 itibariyle 8 filmi çıkmış aksiyon serisinde Dom Toretto rolüyle kendini dünyanın en iyi aksiyon oyuncularından biri olarak kanıtlamış, rol arkadaşı Paul Walker ile birlikte milyonlarca insanın sevgisini kazanmıştır. Hızlı ve Öfkeli dışında xXx Yeni Nesil Ajan ve Riddick film serilerinde, Son Cadı Avcısı gibi filmlerde de yer almıştır. Galaksinin Koruyucuları filmlerinde Groot'u seslendirdi.

2007'den beri Meksikalı manken Paloma Jimenez ile birlikte yaşayan Diesel'ın Hania Riley (d. 2008) ve Pauline (d. 2015) adlı kızları, Vincent (d. 2010) adında bir oğlu bulunmaktadır.