Nació en Temascalcingo, Estado de México, el 6 de julio de 1840 y desde muy niño quedó huérfano de padre por lo que su familia se va a la Ciudad de México en donde lo hacen trabajar en un tienda de ropa propiedad de unos familiares.

A la edad de 10 años comenzó a estudiar en el Colegio Lancasteriano de Santa Catalina Mártir y años después se trasladó al Colegio de San Miguel. En 1855, conoció a Juan Verruchi y se inscribió en la clase de paisaje impartida por Eugenio Landesio, al tiempo que complementaba sus estudios con clases de anatomía.

En 1860, participó y ganó un concurso con su obra “Baño de pescaditos”, donde obtuvo una beca de 15 pesos. Este fue el primer concurso de muchos en los que participó, lo cual le permitió darse a conocer y en 1868 se le da el puesto de profesor de Perspectiva. 

Más tarde el Gobierno Mexicano lo designa como jefe de la delegación para participar en la Exposición Universal de París, donde presentó 68 obras.

El impresionismo francés ejerció una gran influencia en su obra. Sus cuadros, en su mayor parte paisajes, destacan por su acento romántico, los cuales buscaron resaltar la naturaleza.

Entre los premios y reconocimiento que recibió destacan la Medalla de Oro de las Exposiciones Nacionales de Bellas Artes de los años 1874 y 1876, la medalla en la Exposición Internacional de Filadelfia (1876), su primer premio de la Academia Nacional de México (1878), la medalla de la Exposición Universal de París (1889), la Medalla de Oro del Centenario de Colón (Madrid, 1893) y la medalla de la Exposición de Bellas Artes de Puebla (1900).

Los expertos en arte, lo consideran como el máximo exponente del paisajismo decimonónico, ya que mientras otros artistas de su época eos se inspiraban en tópicos religiosos, mitológicos o costumbristas, Velasco hizo de la geografía mexicana el motivo de su pintura y el símbolo de la identidad nacional.

Sus últimos años los pasó con tristeza, pero acompañado de su equipo para pintar. Velasco nunca dejó de salir al campo para estampar los mejores paisajes mexicanos. Falleció de un infarto el 26 de agosto de 1912 y fue enterrado en el panteón de Tepeyac.  

Los expertos contabilizan una producción de cerca de 300 pinturas al óleo, además de acuarelas, litografías y pinturas en miniatura, José María Velasco es uno de los grandes pintores del paisaje mexicano del siglo XIX y que ocupa un lugar relevante en la plástica nacional.