Em 1928 vai para Paris, engaja-se no movimento surrealista e elabora a Teoria da Atividade Paranóica Crítica, em que defende um estado permanente de delírio e uma pintura voluntária dirigida pelo inconsciente.
Usa distorções acentuadas de formas, tirando os objetos de seu ambiente típico. No mesmo ano colabora com Luis Buñuel na direção do filme Um Cão Andaluz e volta a Barcelona. Em 1930 realiza uma exposição triunfal em Paris e casa-se com Gala, ex-mulher do poeta francês Paul Éluard. Apóia o ditador espanhol Francisco Franco, motivo pelo qual é expulso do grupo surrealista. De 1930 a 1936 pinta telas com conteúdo onírico, como A Persistência da Memória (1931).
Entre 1940 e 1955 vive nos Estados Unidos, onde influencia a moda e a publicidade com seus desenhos de figurinos e cenários de balé. Viúvo e doente, morre na Espanha.