Бъстър Кийтън е роден на 4 октомври 1895 г. Пикуа, Канзас (САЩ), в семейството на артисти. Според едно негово интервю той получава прозвището „Бъстър“ от великия илюзионист Хари Худини, когато е на 6 месеца. Като дете Кийтън участва в представленията на родителите си, а през 1917 година започва работа в киното, заснимайки няколко успешни филма заедно с Роско Арбъкъл.

Прочут е най-вече с ролите си в нямото кино, където създава комични ситуации без да мени изражението на лицето си, което му носи прякора Великото каменно лице.
Той няма специално образование, но има силна интуиция на творец и артист. Най-добрият му период е от 1920 до 1929 година, когато работи без прекъсване над няколко филма и си създава репутация на един от най-добрите актьори и режисьори за всички времена. През 1920 г. получава свой собствен екип и заснема поредица от успешни филми. След неуспеха на Генералът (1927) обаче възникват противоречия с разпространителите му и след още 2 филма Кийтън изоставя независимостта си и постъпва в Метро-Голдуин-Майер. В MGM заснима Операторът (1928) и Spite marriage (1929). През 30-те години страда от алкохолизъм, което разрушава семейството му. През 1952 се появява за първи и единствен път на екрана заедно с Чарли Чаплин, в епизод от Светлините на рампата .
През 1959 г. получава Оскар за цялостно творчество.
Бъстър Кийтън умира на 1 февруари 1966 г. в Холивуд от рак на белите дробове.