Steichen nacque in Lussemburgo e si trasferì negli Stati Uniti da bambino. Studiò litografia e disegno e imparò da autodidatta la fotografia con una macchina fotografica di seconda mano. Nel 1900 incontrò Alfred Stieglitz a New York, che acquistò tre delle sue fotografie, dando inizio a una lunga collaborazione. Nel 1902 Steichen progettò la prima copertina della rivista fotografica Camera Work e contribuì a diversi numeri. Collaborò inoltre con Stieglitz alla creazione della galleria 291, che presentò artisti come Picasso, Brâncuși, Rodin e Cézanne. Dal 1911 si dedicò alla fotografia di moda, affermandosi in seguito anche come ritrattista di celebrità. Durante la Seconda guerra mondiale diresse l'unità fotografica della Marina statunitense e il documentario The Fighting Lady, premiato con l'Oscar. Nel 1947 fu nominato direttore del Dipartimento di fotografia del Museum of Modern Art (MoMA), dove curò la mostra The Family of Man, oggi esposta permanentemente al castello di Clervaux, in Lussemburgo.