Родился в 1030. Четвёртый сын великого князя Киевского Ярослава Мудрого и Ингегерды (Ирины), дочери шведского короля Олафа Шётконунга. В крещении — Андрей.

При жизни отца не имел удела и жил в Киеве при родителях. Всеволод был очень образованным человеком и участвовал в составлении "Правды Ярослава" (древнейшая часть свода древнерусских законов).

После смерти отца в 1054, как третий по старшинству, получил Переяславль и Суздальскую землю. Переяславская епархия (как и черниговская) была повышена в этот период до митрополии.

В 1054 он разбил за рекой Сула торков, на которых ходил и в 1060, а в 1061 сам был разбит половцами.

Вместе со старшими братьями Изяславом Киевским и Святославом Черниговским, Всеволод принимал равное с ними участие в управлении государством.

В 1067 Всеволод участвовал во взятии братьями Минска и походе против полоцкого князя Всеслава Брячиславича, а в следующем году, вместе с братьями, был побит половцами на реке Альте.

В 1073 Всеволод сговорился с братом Святославом и они прогнали Изяслава из Киева. При этом Святослав сел в Киеве великим князем, а Всеволод из Переславля передвинулся в Чернигов.

Однако уже в декабре 1076 Святослав внезапно скончался. Всеволод стал его наследником, но уже через полгода вернул престол вернувшемуся в Киев Изяславу, а сам получил владение покойного Святослава — Чернигов.

Через год Всеволод был изгнан из Чернигова Олегом Святославичем и бежал в Киев к Изяславу. 3.10.1078 они с братом Изяславом разбили Олега и других князей-изгоев на Нежатиной ниве, где великий князь погиб, а побеждённый Олег бежал в Тмутаракань к своему брату Глебу.

После этого в 1078 Всеволод уже по праву родового старшинства занял Киев, а в Чернигове посадил своего сына Владимира. Он первым из киевских князей стал именоваться как "князь всея Руси".

Олег не успокоился после поражения. В 1079 он, наняв половцев, вместе с братом Романом подошёл к Переяславлю, но половцы, перекупленные Всеволодом, изменили братьям. Роман был ими убит, а Олега схватили и отправили в Константинополь, откуда он был сослан на остров Родос. В Тмутаракань великий князь послал своего посадника Ратибора, но в 1081 его выгнали князья-изгои Давыд Игоревич и Володарь Ростиславич, которые вскоре, в свою очередь, в 1083 должны были уступить место возвратившемуся с Родоса Олегу.

Его правление было омрачено набегами половцев и постоянными междоусобными войнами между племянниками и двоюродными внуками Всеволода, вызванные несовершенством ярославовых законов наследования. Особую активность в его правление проявляли Ростиславичи — правнуки Ярослава Мудрого, дети Ростислава Владимировича, умершего ещё при жизни отца, из-за чего его потомки не получили никаких уделов и постоянно пытались насильственно захватить то один, то другой город.

В последние годы своей жизни Всеволод не принимал активного участия в правлении и делал только распоряжения, которые приводил в исполнение его сын Владимир Мономах.

Набожный христианин, трезвый и целомудренный человек, знавший пять чужих языков, но слабый, как государь, Всеволод скончался 13.04.1093 и был похоронен в Киеве в Софийском соборе.

Всеволод был женат дважды. От первого брака с родственницей (возможно, дочерью) византийского императора Константина IX Мономаха, умершей в 1067, остался сын Владимир Мономах, ставший в 1113 великим князем Киевским, и дочь Янка.

От второго брака с половецкой княжной Анной, умершей в 1111, осталась дочь Евпраксия и сын Ростислав.

В 1094 Владимир и Ростислав с великим князем Киевским Святополком Изяславичем собрались в поход на половцев. Накануне похода они отправились в Киево-Печерскую лавру за благословением. Чудотворец Григорий предсказал Ростиславу "смерть от воды", и разгневанный князь приказал утопить старца. Битва оказалась неудачной для русичей; они побежали. 26.05.1094 во время переправы через разлившуюся в половодье реку Стугна Ростислав начал тонуть. Владимир попытался спасти брата, но едва не погиб сам. Ростислав захлебнулся и пошёл ко дну.

Евпраския после первого замужества с нижнесаксонским графом Генрихом Длинным стала женой императора Священной Римской империи Генриха IV (на Западе получила имя Адельгейда). Обвинённая в измене она была посажена в тюрьму, но смогла бежать из неё к Матильде Тосканской и предстала перед противником императора Папой Урбаном II, обвиняя мужа в издевательствах над ней, оргиях и принуждении к участию в сатанинских ритуалах.