Fils de Carle Vernet, petit-fils de Claude Joseph Vernet et de Jean-Michel Moreau, il suivit les traces de son père dans la peinture militaire dont il fit sa spécialité et où il se révéla un peintre brillant.

On lui doit des scènes de batailles, de sport, et des sujets orientaux. Une de ses filles épousa le peintre Paul Delaroche.

Peintre déjà célèbre en son temps, il fut directeur de l’Académie de France à Rome de 1829 à 1834. Il prit le premier daguerréotype du port de Marseille en 1839. Enrichi, il acquit en 1855 un domaine au lieu-dit « Les Bormettes », sur le territoire de la commune de La Londe-les-Maures, alors simple faubourg de Hyères, charmé par la beauté du site dont l’eau bleutée et les collines galbées lui rappelaient l’Algérie où il avait auparavant séjourné. Il s’y fit construire un vaste château médiéval composé de différents corps de bâtiments hétéroclites et de style divers.
Au début des années 1840, Vernet fit un voyage en Égypte en compagnie de son neveu Frédéric Goupil-Fesquet et de Gaspard-Pierre-Gustave Joly de Lotbinière, d'où les trois hommes rapportèrent parmi les premiers daguerréotypes d'Égypte, qui donnèrent lieu à un livre, les Excursions daguerriennes.
« Il était un homme d’esprit, caractère aimable, une nature droite, honnête, loyale, vive et sensée », écrit Sainte-Beuve.

À l’Exposition universelle de Paris de 1855, il occupa comme Ingres une salle entière et reçut la médaille d’honneur, ce qui le plaça en tête des peintres de son époque. Le peintre anglais Edwin Henry Landseer dit de lui : « Les tableaux de Vernet l’emportent sur ceux de tous ses rivaux car ils ne procèdent que de lui-même... »
Au mois de décembre 1862, Napoléon III, apprenant la grave maladie de l’artiste, lui écrit : « Mon cher Monsieur Horace Vernet, je vous envoie la croix de Grand officier de la Légion d'honneur comme au grand peintre d'une grande époque... »
Il est inhumé au cimetière de Montmartre à Paris, section 5