В 12 лет был определён в Первую Казанскую мужскую гимназию, но дойдя в ней до пятого класса, оставил учёбу и вернулся домой, в Елабугу. Заметив склонности мальчика к искусству, отец отправил его учиться в Московское училище живописи и ваяния. Учителем и наставником молодого художника стал А. Мокрицкий - внимательный и чуткий педагог. Именно благодаря ему Шишкин смог найти себя в искусстве.

В 1856 году юноша поступил в петербургскую Академию художеств, где его наставников стал С. Воробьев. За время учебы в Академии Шишкин получил много медалей и наград. Помимо занятий в стенах Академии, он усердно писал этюды с натуры в окрестностях Санкт-Петербурга и на острове Валаам, благодаря чему приобретал всё большее знакомство с природой и умение точно передавать её карандашом и кистью. Уже в первый год пребывания в Академии Шишкину были присуждены две малые серебряные медали: за картину «Вид в окрестностях Петербурга» (1856) и за рисунки, выполненные летом в Дубках. В 1858 году получил большую серебряную медаль за этюд «Сосна на Валааме», в 1859 году — малую золотую медаль за пейзаж «Ущелье на Валааме» и, наконец, в 1860 году — большую золотую медаль за две картины одного названия «Вид на острове Валааме. Местность Кукко».

Приобретя вместе с этой наградой право на стажировку за границей, он отправился в 1861 году в Мюнхен, где посетил мастерские известных художников Бенно и Франца Адамов, пользовавшихся большой популярностью анималистов. В 1863 году Шишкин перебрался в Цюрих, где под руководством профессора Р. Коллера, считавшегося тогда одним из лучших рисовальщиков животных, срисовывал и писал последних с натуры. Отсюда Шишкин сделал экскурсию в Женеву для ознакомления с работами Ф. Диде и А. Калама, а потом переехал в Дюссельдорф, где написал «Вид в окрестностях Дюссельдорфа» — картину, за которую Императорская Академия художеств присвоила ему звание академика.

Также Шишкин был гравёром-профессионалом, исполнившим по исследованиям Д. А. Ровинского, 100 офортов, 68 оригинальных литографий.

Вернувшись в Петербург, Шишкин подружился со многими представителями мирового искусства. В 1870 году, благодаря Шишкину, появилось Товарищество передвижных художественных выставок, которое ознаменовало начало новой художественной эпохи.

В 1880-е годы Шишкин пишет картины, в сюжетах которых по-прежнему преобладает природа: леса, луга и поля, а также морское побережье Балтики. Основные черты его стиля сохраняются, но художник отнюдь не останавливается в развитии. Такие полотна, как «Ручей в лесу (На косогоре)» (1880), «Заповедник. Сосновый бор» (1881), «Сосновый лес» (1885), «В сосновом лесу» (1887) и другие по духу близки работам предшествующего десятилетия, однако им присуща большая свобода. В лучших пейзажах Шишкина этого времени находят отражение общие для русского изобразительного искусства тенденции, преломляемые им по-своему. Художник с увлечением работает над широкими по размаху, эпическими по своему строю картинами, воспевающими просторы родной земли. Теперь всё ощутимее его стремление к передаче состояния природы, экспрессии образов, чистоте палитры.

Вся личная жизнь Шишкина, к сожалению, была чередой трагических событий. Обе его жены умерли довольно рано. За ними художник лишился и обоих сыновей. На этом удары судьбы не прекратились, - вслед за дорогими сердцу людьми скончался, пожалуй, самый близкий человек - отец. Убитый горем, Шишкин с головой погрузился в работу, которая осталась единственной его отрадой.

За работой Шишкин и умер. Это случилось 20 марта 1898 году. Утром он писал в своей мастерской, затем навестил родных и снова вернулся к работе. В какой-то момент художник вдруг просто упал со стула. Заметив это, помощник сразу подбежал к мастеру, однако увидел, что он уже не дышит.

Среди русских пейзажистов Шишкину, бесспорно, принадлежит место одного из самых сильных художников. Он удивительно чувствовал все растительные формы, писал их с тонким пониманием, как общего характера, так и мельчайших деталей любой породы деревьев, кустарников и трав. Будь-то целый лес, отдельная сосна или группа деревьев, все было невероятно реалистичным без всяких прикрас. Изображал ли он дубы, берёзы, валежник, камни или травы на поляне - они принимали у него удивительно правдивые формы во всех своих природных деталях.