郭衍字彥文，自稱是太原介休人。
父親郭崇，以舍人身份隨魏武帝入關，其後官至侍中。
郭衍小時就很驍勇，善於騎馬射箭。
北周陳王宇文純引之為左右，累功升至大都督。
當時北齊未平，郭衍奉詔到天水募集人馬，以鎮守東邊，得以遷徙一千多家，住在陝城。
拜授使持節、車騎大將軍、儀同三司。
每有賊人到，他就率領人馬抵抗，一年中幾次告捷，頗為北齊人所懼怕。
陳王宇文純更加親近他。
建德中(572～577)，北周武帝出京巡幸雲陽，郭衍在行在所拜謁皇上。
當時正議論討伐北齊，郭衍請求當前鋒。
攻打河陰城，授他儀同大將軍。
周武帝包圍晉州，擔心北齊兵來援，令郭衍隨陳王宇文純守千里徑。
他又隨周武帝在晉州與齊後主大戰，追擊齊軍到高壁，打敗齊軍。
又隨皇上平定并州，因功加授開府，封為武強縣公，食邑一千二百戶，賜姓叱羅氏。
宣政元年(578)，任右中軍熊渠中大夫。
尉遲迥作亂時，郭衍隨韋孝寬到武陟作戰，進而在相州作戰。
此前，尉遲迥派弟弟之子尉遲勤為青州總管，率青州、齊州的部隊來幫助尉遲迥。
尉遲迥失敗後，尉遲勤與尉遲迥的兒子尉遲..、尉遲..等人，想東奔青州。
郭衍率精兵一千追擊並打破敵軍，在陣前活捉尉遲..。
尉遲勤於是逃走，而尉遲..也逃跑了。
郭衍到濟州，佔據其城，又在濟北攻擊賊人的餘黨，幾戰而破之，將賊首抓送京師。
朝廷越級提拔他當上柱國，封他為武山郡公，賞他布帛七千段。
他又密勸隋高祖殺北周諸王，早點讓北周禪讓，因此大被親近。
開皇元年(581)，皇上讓郭衍恢復郭姓。
突厥進犯邊塞，以郭衍為行軍總管，領兵駐紮在平涼。
幾年之中，突厥人都不敢進犯。
調他當開漕渠大監。
他率領水工，鑿渠引渭水，經大興城北，東到潼關，漕運四百多里，關內依賴它，把它叫作「富民渠」。
開皇五年(585)，授他瀛州刺史。
遇上秋日發水，所屬各縣多遭水淹，老百姓都爬上高樹，依托大墳。
郭衍親自準備船筏，並備糧食，拯救百姓，百姓多被救起。
郭衍先開官倉賑災，以後才上奏朝廷。
皇上非常讚賞，選調他當朔州總管。
朔州轄有恆安鎮，北接蕃境，常要轉運東西去。
郭衍於是選些肥沃的地方，開始屯田，一年富餘一萬多石糧食，百姓免去了轉運之苦。
他又修築桑乾鎮，都符合皇上旨意。
開皇十年(590)，他隨晉王楊廣出鎮揚州。
遇上江南造反，命郭衍任總管，率精兵萬人先住京口。
在貴洲南，與反賊交戰，打敗反賊，活捉賊帥，得了很多船隻糧食，以補充部隊。
他於是又討伐東陽、永嘉、宣城、黟、歙等洞，都削平了他們。
授他為蔣州刺史。
郭衍對下很驕橫，對上討好諂媚。
晉王楊廣很喜歡親近他，飲宴、賞賜都很多。
升任洪州總管。
晉王有奪取太子之位的計謀，把郭衍當心腹，派宇文述告訴他這一計謀。
郭衍大喜，說：「若所謀之事成，自可為皇太子。
如不成，也要佔據淮海，恢復梁國、陳國的舊地。
那時我也是副君家裡的酒客，誰又奈得我何？」晉王因此召來郭衍，偷偷地一起商議。
又怕別人懷疑他們無故來往，就假托說，郭衍的妻子得了癭病，蕭王妃有辦法治療。
把這些報告高祖，高祖聽任郭衍和他的妻子去江都，這麼來來往往，無所節制。
郭衍又謊稱桂州的俚人造反，晉王於是奏請朝廷讓郭衍發兵討「敵」，因此大造武器軍帳，偷偷地養了很多士卒。
晉王入京當太子後，調他當了左監門率，轉任左宗衛率。
高祖在仁壽宮將死，太子楊廣與楊素篡改遺詔，讓郭衍、宇文述率領東宮衛兵，靠近上台站崗，門禁全由他們掌握。
高祖去世後，漢王造反，而京城空虛，楊廣讓郭衍飛速回去，領兵防守。
大業元年(605)，授郭衍左武衛大將軍。
煬帝巡幸江都，令郭衍統領左軍，改授他光祿大夫。
他又隨煬帝征討吐谷渾，出金山道，招納降民二萬多戶。
郭衍能揣摸煬帝的意圖，阿諛奉承，順從旨意。
煬帝常對人說：「只有郭衍，心與我同。」他又曾勸煬帝自己行樂，五天一上朝，不要像高祖那樣白白地勞累。
煬帝聽了他的話，越發誇他孝順。
當初，新的政令推行，郭衍的爵祿按通例被廢除。
大業六年(610)，因他得到寵幸，而被封為真定侯。
七年，隨煬帝到江都，死了。
煬帝追贈他左衛大將軍，賜予很多，謚號叫「襄」。
長子郭臻，任武牙郎將。
次子郭嗣本，任孝昌縣令。