Французский композитор и архитектор греческого происхождения, один из самых радикальных представителей послевоенного европейского авангарда, создатель стохастической музыки. Первоначально получил архитектурное образование, в 1946 году окончив Афинский политехнический университет.
С 1948 года жил во Франции, до 1959 года работал в парижской мастерской известного французского архитектора-модерниста Ле Корбюзье; сотрудничал с Варезом на разработке павильона компании «Филипс» для Всемирной выставки в Брюсселе (1958). В 1948–1950 гг. брал уроки у Онеггера и Мийо, в 1950–1953 гг. изучал композицию в Парижской консерватории под руководством Мессиана, который одобрил опыты Ксенакиса по применению математических идей и методов к музыке.
Известность Ксенакису принесла пьеса для оркестра Metastaseis, в которой была впервые применена концепция т. н. «стохастической музыки», выстроенной с применением теории вероятности. В дальнейшем композитор расширил математический аппарат и усложнил расчеты каждой композиции; в начале 1960-х годов начал использовать, наряду с обычными музыкальными инструментами, звучания, сгенерированные с помощью компьютерных программ. С середины 1960-х гг. работал в синтетических жанрах и выступил инициатором «политопов» – аудиовизуальных (светомузыкальных) представлений со спецэффектами (Persepolis, Polytope de Montreal и др.).
Начиная с 1970-х годов писал для необработанных голосов, используя элементы архаических и фольклорных ладов. Принял участие в развитии электронной музыки. Основал центры по изучению связей музыки и математики в Париже (при университете, 1966) и США (при Университете штата Индиана, где он читал лекции в 1967–1972 гг.). В 1975 году изобрел музыкальный компьютер UPIC. В начале 1990-х обнародовал разработанную им компьютерную программу электронного синтеза звука GENDY. Автор книги «Формализованная музыка» (1963).
В числе наиболее известных произведений – балеты Kraanerg, Antikhthon, сочинения для оркестра Jonchaies, Empreintes, Pithoprakta, Atrees, Achorripsis, Terretektorh, Troorkh для тромбона с оркестром, Phlegra, Jalons и Thalleïn для ансамбля солистов, Naama и Khoaï для клавесина, цикл ST и другие.