Константин Андреевич Вершинин родился 21 мая (3 июня) 1900 года в деревне Боркино Яранского уезда (ныне — в Санчурском районе Кировской области). В Рабоче-крестьянской Красной армии с июня 1919 года. Окончил Симбирские пехотные командные курсы в 1920 году, Высшую тактическо-стрелковую школу командного состава РККА им. Коминтерна «Выстрел»  в 1923 году, Военно-воздушную академию РККА имени проф. Н. Е. Жуковского в 1932 году.

Константин Андреевич является участником Гражданской войны. Первая должность в Рабоче-крестьянской Красной армии — красноармеец Симбирского пехотного запасного полка, в его составе участвовал в подавлении крестьянского восстания в Воронежской губернии. После окончания командных курсов в Симбирске (1920) — командир стрелковой роты в маршевом пехотном полку в городе Дорогобуж Смоленской губернии, сражался против формирований Булак-Балаховича в приграничных с Польшей губерниях. В 1921 году полк был переброшен в Тамбовскую губернию, где вёл ожесточённые военные действия при подавлении Тамбовского восстания.

После Гражданской войны с 1923 года командовал учебной ротой 12-х Краснознамённых пехотных курсов Приволжского военного округа, с 1928 года — командир стрелкового батальона в Казани. В 1929 году поступил в Военную академию имени М. В. Фрунзе, успешно окончил первый курс, после чего в 1930 году в приказном порядке переведён в военно-воздушные силы и направлен для продолжения обучения уже в Военно-воздушную академию РККА имени проф. Н. Е. Жуковского. С 1932 года — начальник технического отдела Научно-исследовательского института ВВС РККА, с января 1933 года — начальник оперативного отделения штаба авиационной бригады, с 1934 года — командир эскадрильи Высших лётно-тактических курсов РККА. Там же совместно с курсантами освоил пилотирование бомбардировщика, а в 1935 году сдал экстерном экзамены на звание военного лётчика в Качинской высшей авиационной школе лётчиков. С августа 1938 года — помощник по лётной подготовке начальника Высших авиационных курсов усовершенствования лётного состава.

Великую Отечественную войну полковник Вершинин встретил в должности начальника тех же курсов, произвёл перестройку их работы в условиях военного времени. 26 сентября 1941 года назначен командующим ВВС Южного фронта. Руководил боевыми действиями ВВС фронта в Донбасской оборонительной операции в сентябре—ноябре 1941 года, в Ростовской оборонительной (ноябрь 1941 года) и Ростовской наступательной операции в ноябре—декабре 1941 года. Особенно высоко были оценены действия ВВС фронта в последней операции, где Вершинин сумел добиться сосредоточения своей немногочисленной авиации на решающем направлении в нарушение действовавшего тогда принципа придания ВВС отдельным армиям, и обеспечил пусть и временное, но превосходство в воздухе на направлении главного удара войск фронта. В первой половине 1942 года участвовал в Барвенково-Лозовской и Харьковской оборонительной операциях. Генерал-майор авиации (22.10.1941). С мая 1942 года — командующий 4-й воздушной армией (действовала в полосе Южного, Северо-Кавказского и Закавказского фронтов), участвовал в оборонительных боях на южном фланге советско-германского фронта летом и осенью 1942 года. В сентябре 1942 — апреле 1943 годов — командующий ВВС Закавказского фронта, в которые входили 4-я и 5-я воздушные армии, а также ВВС Черноморского флота. Во время наступления советских войск на Кавказе по инициативе К. А. Вершинина были применены малоскоростные, но высокоманёвренные истребители И-153 («Чайка»), которые эффективно атаковали противника на малых высотах. В мае 1943 года генерал-майор авиации К. А. Вершинин вновь назначен командующим 4-й воздушной армией, теперь входившей в состав Северо-Кавказского фронта. Во главе армии участвовал в ожесточённости воздушном сражении на Кубани в апреле-июне 1943 года. Там Вершинин широко применял постоянное дежурство авианаводчиков на переднем крае, массированное применение сил в ходе воздушных боёв.

Затем 4-я воздушная армия успешно действовала в Новороссийско-Таманской (сентябрь-октябрь 1943), Керченско-Эльтигенской десантной (ноябрь—декабрь 1943), Крымской стратегической (апрель—май 1944) наступательных операциях. В мае-июне 1944 года армия была переброшена на центральный участок советско-германского фронта, где сражалась в Белорусской, Восточно-Прусской, Восточно-Померанской, Берлинской стратегических наступательных операциях. Генерал-лейтенант авиации (17.03.1943). Генерал-полковник авиации (23.10.1943), первый из числа командующих воздушными армиями в годы Великой Отечественной войны, которому было присвоено это воинское звание.

Звание Героя Советского Союза присвоено за воинское мастерство и умелое командование войсками в Белорусской наступательной операции 1944 года.

С марта 1946 года — Главнокомандующий Военно-воздушными силами — заместитель Министра обороны СССР. Руководил перевооружением ВВС на реактивную технику. Маршал авиации (3 июня 1946 г.).

10 ноября 1947 года — через два с половиной месяца после распоряжения министра обороны — подписывает приказ о создании подразделения ядерных бомбардировщиков дальней авиации (71 испытательный полигон).

В сентябре 1949 года назначен командующим войсками Бакинского района ПВО. С февраля по сентябрь 1950 года командующий 57-й воздушной армией. С 1950 по 1951 год — командующий 24-й воздушной армией ГСВГ. С сентября 1951 года — командующий войсками воздушной обороны приграничной линии — заместитель Главнокомандующего ВВС. С июня 1953 по май 1954 года — командующий Войсками ПВО страны. С июня 1954 по апрель 1956 года — командующий войсками Бакинского округа ПВО. В 1956—1957 годах — заместитель Главнокомандующего ВВС. С января 1957 года — вновь Главнокомандующий Военно-воздушными силами — заместитель Министра обороны СССР. 11 января 1960 года приказом главкома Вершинина была сформирована войсковая часть № 26266, задачей которой была подготовка первых советских космонавтов, немногим позже она была преобразована в Центр подготовки космонавтов ВВС Вооружённых сил СССР. Главный маршал авиации (8 мая 1959 г.). С марта 1969 года — в Группе генеральных инспекторов Министерства обороны СССР. Член КПСС с 1919 года. Кандидат в члены ЦК КПСС в 1952—1956 годах. Член ЦК КПСС в 1961—1971 годах. Депутат Верховного Совета СССР II (1946—1950), IV—VII (с 1954) созывов.

Вершинин Константин Андреевич - Герой Советского Союза (Медаль «Золотая Звезда») № 3869, указ от 19.08.1944 г., Шесть орденов Ленина (23.12.1942, 21.07.1944, 19.08.1944, 21.02.1945, 20.05.1960, 22.05.1970), Орден Октябрьской Революции (22.02.1968), Три ордена Красного Знамени (27.03.1942, 03.11.1944, 15.11.1950), Три ордена Суворова I степени (16.05.1944, 10.04.1945, 29.05.1945), Орден Суворова II степени (25.10.1943), Орден Отечественной войны I степени (22.02.1943), Медали СССР, Ордена и медали иностранных государств.