Ce fut d'abord un peintre post-impressionniste qui, pendant ses études à l'Académie des beaux-arts de Bruxelles, peignit des centaines de toiles qu'il allait faire dans la nature, le plus souvent à Rouge-Cloître, une ancienne abbaye à l'orée de la forêt de Soignes. En 1924, il exposa avec le groupe Le Sillon, constitué de paysagistes qui s'étaient juré de ne jamais représenter un personnage dans leurs tableaux. Détruisant sa production qui ne le satisfaisait plus, Delvaux voulut peindre des figures, et évoqua des fêtes populaires selon la tradition flamande. Il réunit ses premiers nus, de grande dimension, dans une exposition en 1933 à l'Atelier de la Grosse-Tour à Bruxelles. Quand il vit un tableau de Chirico, Mystère et Mélancolie d'une rue, il reçut un tel choc qu'il détruisit de nouveau sa production de cette époque, dont il ne reste plus que quelques témoignages (L'Homme-Orchestre, 1932; Vénus endormie, 1932). Sans appartenir officiellement au surréalisme, Delvaux commença à élaborer un univers surréaliste que tous reconnurent pour tel : le premier tableau de son style définitif fut la Femme en dentelle (1934), où l'on voit de face une femme dont la nudité transparaît sous un déshabillé en dentelle, et de dos une femme austèrement vêtue. En 1936, on assista à la floraison des thèmes qu'il ne cessera de reprendre, avec Le Cortège en dentelles, Le Viol, La Fuite, La Femme à la rose, Les Belles de nuit. Ayant été élevé dans un milieu Puritain, choyé par une mère qui lui inculquait la terreur de la femme, Delvaux prit sa revanche dans la Peinture. En de magnifiques perspectives à " l'italienne, des architectures néo-classiques, il fit évoluer un peuple de femmes nues, rechercha des contrastes entre la brune et la blonde, le fruit défendu et le fruit permis. Quelquefois un homme habillé ou un squelette se tient à côté de ces chairs délectables, suggérant ainsi que nul n'en profite vraiment. Ou encore, un savant distrait émané des romans de Jules Verne, les regarde sans les voir (Les Phases de la lune, 1939, New York, Museum of Modern Art). Ses expositions à Bruxelles, La Haye, Anvers, Paris, Londres, New York, restèrent incomprises du public. Ce fut seulement sa rétrospective au Palais des Beaux-Arts de Bruxelles, en décembre 1944, qui fut le point de départ de sa renommée. Le film de Henri Storck, Le Monde de Paul Delvaux (1948), commenté par Paul Éluard, inaugura les réalisations cinématographiques sur lui. Nommé en 1950 professeur de peinture monumentale à l'École nationale d'art et d'architecture de Bruxelles, Delvaux a exécuté des décorations murales au Kursaal d'Ostende (1952), au Palais des Congrès de Bruxelles (1959), à l'Institut de Zoologie de Liège (1960). D'importantes rétrospectives de son œuvre ont été faites aux musées des Beaux-Arts d'Ostende (1962) et d'Ixelles (1967), et au musée des Arts décoratifs de Paris (1969). En 1975, il eut une rétrospective au musée d'Art moderne de Tokyo, et en 1977, un hommage lui fut rendu à Bruxelles par les musées royaux des Beaux-Arts. En 1982 fut inauguré à Saint-Idesbad le musée Paul Delvaux, qui s'agrandira en 1988. À l'occasion de ses quatre-vingt-dix ans, Isy Brachot organisa à Paris et à Bruxelles une exposition de ses aquarelles et de ses dessins. Dans sa dernière interview, en disant qu'il fallait « faire du surnaturel avec du naturel », Paul Delvaux livra le secret de son art.