Renzo Vespignani nasce a Roma il 19 febbraio del 1924 da Guido Vespignani e Ester Molinari. Dopo la morte del padre, stimato chirurgo e cardiologo, dovette trasferirsi con la madre nella zona proletaria di Portonaccio, dove trascorse l'adolescenza.

Durante il periodo di occupazione nazista iniziò a dipingere nascosto presso l'incisore Lino Bianchi Barriviera, suo primo maestro. Altri importanti punti di riferimento, che influirono sui suoi esordi artistici, furono Alberto Ziveri e Luigi Bartolini mentre, soprattutto nei suoi primi quadri, sembra evidente l'influsso di espressionisti come George Grosz e Otto Dix. Nel 1945 espone la sua prima personale e comincia a collaborare a varie riviste politico-letterarie (Domenica, Folla, Mercurio, La Fiera Letteraria) con scritti, illustrazioni e disegni satirici.

Nel 1956 fonda, con altri intellettuali, la rivista Città Aperta, incentrata sui problemi della cultura urbana.

Nel 1961 è fra i vincitori del Premio Spoleto; agli artisti prescelti fu dedicato un saggio corredato dalla riproduzione in grande formato (bianco e nero e quadricromie) delle opere esposte.

Tra gli artisti a lui vicini si ricordano Giuseppe Zigaina (e la cosiddetta Scuola di Portonaccio) e, dopo il 1963, quelli del gruppo denominato Il pro e il contro, da lui fondato insieme a Ugo Attardi, Fernando Farulli, Ennio Calabria, Piero Guccione e Alberto Gianquinto.

Dal 1969, Vespignani lavora a grandi cicli pittorici dedicati alla crisi della società del benessere: Imbarco per Citera (1969), riguardante il ceto intellettuale coinvolto nel 1968; Album di Famiglia (1971), uno sguardo polemico sulla sua personale quotidianità; Tra due guerre (1973-1975) un'analisi inflessibile sul perbenismo e l'autoritarismo piccolo-borghese in Italia; Come mosche nel miele (1984) dedicato a Pier Paolo Pasolini. Nel 1991 espone a Roma 124 opere, tra le quali il ciclo Manatthan Transfert, una critica all’insostenibile delirio esistenziale dell’American way of life.

Strettissimo il suo rapporto con la letteratura. Vespignani illustra il Decameron del Boccaccio, poesie e prose del Leopardi, le Opere Complete di Majakowskij, i Quattro Quartetti di Eliot, i Racconti di Kafka, i Sonetti del Belli, le Poesie del Porta e il Testamento di Villon.

Nel 1999 viene eletto Presidente dell’Accademia Nazionale di San Luca e nominato Grand' ufficiale dell'Ordine al merito della Repubblica Italiana.

Muore a Roma il 26 aprile del 2001.