早年经历郭守文的父亲郭晖，行伍出生。五代时，追随后汉高祖刘知远，北伐南征，为护圣军使。在与郭威征讨河中之役时战死沙场。当是之时，十四岁的郭守文随父从军，郭威见郭晖战死郭守文无人眷顾，遂收留其帐下，代为养育。广顺初年（951年），郭威取代后汉建立后周，逐渐长成的郭守文，充其麾下，为护卫军校，被任命为左雄殿直、东第二雄副都知。平蜀抚寇建隆元年（960年），殿前都检点赵匡胤发动陈桥兵变，夺取后周政权，建立北宋王朝，是为宋太祖。升任郭守文为西头供奉官，服务于皇宫大内。乾德二年（964年）冬，宋拉开讨伐后蜀之战。郭守文在王全斌麾下，挺进西南，参加平蜀之役。一年之后后蜀灭亡，郭守文因军功擢升简州（今四川简阳）知州。新获之蜀地，在宗、蜀衔接之时，剑门内外流寇散匪颇多。郭守文剿抚并用，以抚为主，将大部流寇散匪之首抚降，归附宋朝，兵不血刃，安抚一方。灭汉降唐开宝三年（970年），郭守文随潘美征讨南汉，首战告捷，擒俘南汉皇帝刘鋹，潘美派郭守文乘驿车到朝廷告捷。郭守文为灭亡南汉，再立战功，朝廷于是升任他为翰林副使。开宝七年（974年），郭守文再随大将曹彬征剿南唐，平定南唐之都金陵（今江苏南京）后，生俘南唐后主李煜。开宝八年（975年），宋太祖诏解南唐后主李煜于汴京。曹彬因郭守文勤于战事、行事慎肃，命他押护后主李煜，归阙报捷。时李煜深悔自己贪文误国，不愿活着见宋太祖，欲寻短见。郭守文察知后，于是对李煜说：“国家只求恢复疆土，天下太平，哪里还有后到而受责呢？”李煜这才安心。回到京师汴梁后，宋太祖嘉状郭守文，改任其西京作坊使，兼任翰林司事。抚谕治决太平兴国元年（976），宋太宗赵光义登基称帝，郭守文奉诏，随大将党进北伐北汉。在团柏谷（今山西祁县东南、军事战略要地）一战，郭守文身先士卒，拼死向前，大获全胜，大败北汉军，再立军功。不久，秦州（州治今甘肃天水）降附朝廷，新归的秦州当地少数民族骚动不安，于是宋太宗命郭守文前往秦州抚谕。郭守文到职后，再施当年招抚简州众寇首之术，抚慰少数民族各部族酋长，晓之以情，动之以理，民遂归附，骚动平息，边境大安。太平兴国三年（978年），升任西上阁门使。同年六月，汴河在宁陵决口，郭守文率宋州（治在河南商丘）、亳州（治在今安徽亳县）丁壮四千余众，前去治塞汴水宁陵之患。同年冬，他又与阁门副使王侁、西八作副使石全振监督在滑州灵河县（今河南延津）堵塞黄河决堤之患。征汉败辽太平兴国四年（979年），宋太宗倾国之力，讨伐北汉，志在一鼓荡平。当时郭守文与判四方馆事梁迥分别统率行营马步军。北汉皇帝刘继元投降后，其弟刘继文兵据代州（今山西代县），不听刘继元之命，投靠辽国，拒绝归宋。郭守文受命率兵出石岭关，挥戈北征，一战而大败刘继文，再战而兵克代州，雁门关之南尽归于宋。宋太宗见郭守文悉熟北土，善于野战，遂诏命其屯兵定州（今河北正定），戍守北陲。郭守文不辱军命，屯驻定州，与辽军激战于满城，大破辽军。郭守文以军功升任东上阁门使、兼任澶州刺史，旋即又升调京师，任内客省使。太平兴国八年（983年）五月，滑州（治在今河南滑县）房村黄河决口，黄水泛滥，淹没澶、濮、曹、济四州民田，毁坏官厅、民舍无数。朝廷调发士卒堵塞，命令郭守文全权负责此项工程。郭守文奉命治洪，塞其决口，他率兵堵塞决口，挖掘河道，退却漫水，整治田渠，修筑衙舍，深受乡民拥戴、朝廷嘉赞。不久，辽国趁宋黄河决悬难之危，无暇顾及边事，遂南下兵困雄州（今河北雄县）。郭守文撤出河役，奉命率领数万禁军北上赴援。辽军闻讯，解围北撤，待郭守文兵至，辽军早已逃走。讨伐党项雍熙二年（985年），诏令郭守文率兵屯守三交，不久加职兼任武州（今山西武寨）团练使。当时西夏虽未建国，但党项人既不服辽国，又不服北宋，边警时起时息，西北边陲被扰不断。郭守文到任后，率兵讨伐入侵诸夏部族，先败夏州（今陕西横山）盐城镇岌罗腻等十四个部族联兵，杀敌数千人，俘获上万人，俘获牲畜数以万计。又打败咩嵬族兵众，把他们全部杀死。各少数民族部落非常恐惧，相继来降。使银州（今陕西米脂）、夏州、麟州（今陕西神木）三州一百二十五个部族一万六千余户，纷纷内附北宋。北宋西北边陲渐趋安定。兵败降职雍熙三年（986）春，妄望的宋太宗以为宋之实力足以收复燕云十六州，遂拉开伐辽战幕。当时郭守文任幽州道行营前军水陆都监。激战中，郭守文策马前冲，被辽军流矢射中。为稳定军心，他不动声色，佯作无事，继续督战，军中将士都佩服他的胆量。此次北宋伐辽之战，先胜而后败，全军失利，损失惨重，郭守文亦因“违诏逗留退兵”之过，降职为右屯卫大将军。复职去世端拱元年（988年），郭守文官复原职。三个月后，授任宣徽北院使。又与田钦祚一起担任北面排阵使，驻屯镇州。又改任宣徽南院使、镇州路都部署。又再次升任为北面行营都部署兼镇定、高阳关两路排阵使，一直充任国家北陲重要军职。同年冬，辽军乘秋膘马壮，易于北军作战之地利、天时，大举南侵。郭守文则防患于未然，以静制动，以逸待劳，在唐河一带（今河北唐县、望都）重创辽军，使之战败北遁，捍卫了国防，保护了边区，取得大胜。端拱二年（989年）十月，郭守文去世，终年五十五岁。宋太宗深为痛惜，追赠侍中，赐谥号为忠武，追封谯王，派中使护送，归葬京城。郭守文死后一个多月，中使从北边回来说，郭守文去世时，军中军士们都痛哭流涕。宋太宗询问为何会这样，中使回答说，郭守文在职时把所得俸禄赏赐全部犒劳士卒，到他去世那天，家里没有余财。宋太宗叹息了很久，赐给郭守文家五百万钱，替儿子襄王赵恒（宋真宗）娶郭守文的女儿为夫人，即后来的章穆皇后。
