Nato a Roma nel 1914, dopo aver studiato a Torino, si trasferì nel 1932 a Parigi con la famiglia, avendo il padre Lionello, storico dell'arte e docente nell'Ateneo torinese, rifiutato di prestare il giuramento di fedeltà al regime fascista.

Alla Sorbona frequentò le lezioni di studiosi insigni, da Glotz a Guignebert, da Hauser a Mornet. Aderì al movimento «Giustizia e Libertà», fondato nel 1929 da Carlo Rosselli e altri, facendo proprio il socialismo liberale - critico nei confronti del marxismo - dello stesso Rosselli, e collaborando assiduamente sia al settimanale «Giustizia e Libertà» sia ai «Quaderni di Giustizia e Libertà». Nel vivo della lotta antifascista, nonché sotto lo stimolo di apporti intellettuali molteplici, maturarono i suoi interessi storiografici per le idee liberali e socialiste, e specialmente per l'illuminismo. Nel 1937-38 pubblicò alcuni inediti di Diderot, nel 1939, insieme con Jean Thomas, Le vrai système, ou le mot del l’énigme méthaphysique et morale del curioso e geniale benedettino don Deschamps, vagheggiatore di una società comunista. Nello stesso 1939 diede alle stampe il suo primo libro, Jeunesse de Diderot (de 1713 à 1753), la cui originalità interpretativa fu sottolineata in Francia da Lucien Febvre ed Émile Bréhier, in Italia da Adolfo Omodeo. Si volse inoltre all'Encyclopédie, cui Diderot aveva recato un contributo fondamentale, iniziando ricerche che avrebbe completato nell'immediato dopoguerra (Le origini dell'Enciclopedia, 1946; 2ª ed. 1963). Un personaggio che lo affascinò fu Filippo Buonarroti: sarebbe stato l'amico fraterno Alessandro Galante Garrone a tradurre in pratica, più tardi, i progetti venturiani. Del 1940 è il volume sul piemontese Dalmazzo Francesco Vasco, preparato per la tesi di laurea che Venturi non poté discutere a causa dell'invasione nazista della Francia.

Lasciata la Francia, non riuscì a ricongiungersi con la famiglia che si era rifugiata negli Stati Uniti. Mentre tentava di raggiungere il Portogallo per imbarcarsi, fu arrestato in Spagna e incarcerato, poi consegnato alle autorità italiane e confinato in Irpinia. Dal 1943 al 1945 fu partigiano combattente in Piemonte e responsabile della stampa clandestina del Partito d'Azione, nel quale il movimento «Giustizia e Libertà» era confluito. Fino all'aprile del 1946 diresse il quotidiano torinese «GL». Tra il 1947 e il 1950 fu addetto culturale presso l'ambasciata italiana a Mosca; l'ambasciatore era Manlio Brosio, già amico di Piero Gobetti.

Nel 1947 il Partito d'Azione aveva cessato di esistere. Venturi abbandonò la militanza politica e si concentrò sugli studi. Si occupò di Boulanger, di Jaurès, Mathiez, Lefebvre, di Herder. Nel 1952 apparve in due volumi, frutto delle ricerche compiute durante il soggiorno in Unione Sovietica, Il populismo russo, che gli diede fama internazionale (2ª ed. 1972). Alla Russia continuò a prestare attenzione negli anni successivi: tra i suoi lavori in proposito ricordiamo Il moto decabrista e i fratelli Poggio (1956), Esuli russi in Piemonte dopo il '48 (1959), l'edizione, curata con la moglie Gigliola, del Viaggio da Pietroburgo a Mosca di Radiščev (1972; il libro è corredato da una finissima Introduzione di Venturi).

Professore universitario a Cagliari e a Genova, nel 1958 passò alla cattedra di Storia moderna - che ricoprì fino al 1984 - presso la Facoltà di Lettere dell'Università di Torino. Intensa fu la sua attività scientifica, sostenuta da un'appassionata tensione conoscitiva e da una sempre inappagata curiosità. L'illuminismo italiano, da lui indagato nei suoi rapporti con il contesto europeo, si rivelò in tutta la sua ricchezza e in tutta la sua carica innovatrice. Dopo la biografia di Radicati di Passerano (1954) e i tre volumi antologici dedicati ai riformatori italiani (1959-65), tra il 1969 e il 1990 uscì l'imponente Settecento riformatore (cinque volumi in sette tomi), cui Venturi continuò a lavorare negli ultimi anni della sua vita, dolorosi e difficili, e che la morte gli impedì di portare a termine. Essenziale anche per comprendere gli orientamenti metodologici di Venturi è il piccolo libro Utopia e riforma nell'illuminismo (1970), scaturito dalle Trevelyan Lectures tenute a Cambridge nel 1969.

Nel 1988 apparve presso l'editore Sellerio di Palermo il testo italiano della Jeunesse de Diderot (Giovinezza di Diderot, 1713-1753, con un’importante premessa dell'autore). Presso lo stesso editore Venturi pubblicò nel 1992, insieme con Alessandro Galante Garrone, La Riforma dell'Alcorano di Filippo Buonarroti (ma sulla paternità di Buonarroti non c'è consenso unanime). Va ricordato anche il suo impegno come direttore della «Rivista storica italiana» a partire dal 1959. Una segnalazione particolare merita la raccolta postuma La lotta per la libertà. Scritti politici(1996).

A cura di L. Guerci