郭衍，字彦文，太原介休人，北周到隋朝时期大臣，曹魏雍州刺史郭淮九世孙，西魏侍中郭崇的儿子。少时骁勇，善于骑射，初仕北周，依附于陈王宇文纯，迁车骑大将军、开府仪同三司，册封武强县公，多次讨伐北齐，平定尉迟迥叛乱。隋朝建立后，深得隋文帝亲近，担任平凉道行军总管，防备突厥侵犯。开凿广通渠，使关东粮食得以西运，缓解关中粮荒。担任瀛州刺史，开仓赈济灾民，迁朔州总管，实行屯田制度，积累军粮。平定陈朝残余势力的叛乱。隋炀帝即位，迁左武卫大将军、光禄大夫。参与西征吐谷浑，招纳降民二万多户，善于揣摸圣意，阿谀奉承，深得隋炀帝宠信，获封真定侯。
郭衍之父、西魏郭崇，系曹魏雍州刺史、阳曲侯郭淮八代孙，郭衍年少时就很骁勇，善于骑马射箭，北周陈王宇文纯器重郭衍，将他引荐到身边当侍从，累功升至大都督。当时，北周经常受到北齐的威胁，郭衍奉诏从天水招募兵马，以镇守东部边境，得以迁徙一千多家，住在陕城，官拜使持节、车骑大将军、仪同三司。每次有齐军前来进犯，郭衍就率领兵马抵抗，一年之中数次告捷，颇为齐军所惧怕，宇文纯因此更加亲近他。
北周武帝巡幸云阳，郭衍到行宫觐见北周武帝，当时正议论讨伐北齐，郭衍请求当前锋。于是，郭衍便跟随北周武帝攻打河阴城，一举攻克河阴城，因功授任仪同大将军。北周武帝再度讨伐北齐，率领大军包围北齐的晋州，周武帝担心齐军来援，便命令郭衍跟随宇文纯驻守千里径。郭衍又跟随北周武帝，在晋州与北齐后主高纬大战，追击齐军到高壁，打败齐军。接着随北周武帝攻克并州，因功加任开府，封为武强县公，食邑一千二百户，赐姓叱罗氏。
北周静帝宇文阐年幼，由丞相杨坚执掌朝政，相州总管尉迟迥因不满杨坚掌权，于是起兵反叛。郭衍奉命跟随韦孝宽前往讨伐叛军，他们先在武陟击败叛军，接着乘胜进逼相州治所邺城，在邺城南面与叛军交战，大败叛军并攻克邺城，尉迟迥自杀。此前，尉迟迥派侄子尉迟勤担任青州总管，率领青州、齐州的部队来帮助尉迟迥，尉迟迥兵败死后，尉迟勤与尉迟迥的儿子尉迟惇、尉迟佑等人想东奔青州。郭衍率领一千精锐骑兵乘胜追击，打败他们，在阵前活捉尉迟佑，尉迟勤、尉迟惇于是逃跑。郭衍到济州，占据其城，而后在济北歼灭叛军残余势力，彻底平定叛乱，并将叛首抓送京师，因功越级升任上柱国，封武山郡公，受赏赐布帛七千段。当时郭衍暗中劝杨坚铲除北周诸王，早点让北周禅让，因此深得杨坚亲近。
杨坚受禅登基，建立隋朝政权，是为隋文帝，郭衍恢复本姓郭氏。突厥数次进犯隋朝边境，隋文帝任命郭衍担任行军总管，率军驻扎在平凉以防备突厥，几年之中，突厥人都不敢前来进犯。隋文帝下令开凿广通渠，调郭衍担任开漕渠大监，与宇文恺率领水工凿渠引渭水，经大兴城北，东到潼关，漕运总长四百多里，广通渠使关东粮食得以西运，缓解关中粮荒，因而当时的人们把它称作“富人渠”。
郭衍担任瀛州刺史，郭衍到任之后，适逢秋雨成灾，瀛州所属各县多遭水淹，老百姓都爬上高树，依托大坟。郭衍亲自准备船筏和粮食救灾，百姓大多得以拯救。郭衍先开官仓赈灾，然后才向朝廷奏报。隋文帝非常赞赏他，选调他担任朔州总管，朔州地处边远，其辖境的恒安镇北接蕃境，经常需要转运东西，非常不便。郭衍于是选些肥沃的地方，开始屯田，不仅做到粮食自给，而且一年富余一万多石粮食，使百姓免受转运之苦，郭衍还修筑桑乾镇，都符合隋文帝的旨意。
隋朝消灭陈朝，隋文帝为巩固对江南的统治，派次子晋王杨广出镇扬州，郭衍亦跟随前往。当时，陈朝故地的反隋叛乱四起，郭衍受命担任行军总管，先率领精锐部队一万人屯驻在京口。后在贵洲南与叛军交战，击败叛军，生擒叛军首领，缴获很多船只粮食，以补充军用。接着郭衍平定东阳、永嘉、宣城，黟、歙等诸地叛军，维护隋朝统一的局面，因功授任蒋州刺史。
郭衍对下很骄横，对上讨好谄媚，所以杨广很喜爱亲近他，饮宴、赏赐都很多，因而升任洪州总管。当时太子杨勇日惭失宠，杨广有夺取太子之位的图谋，便把郭衍当作心腹，派宇文述告诉他自己的想法，郭衍大喜说：“若所谋之事成，自可为皇太子。如不成，也要占据淮海，恢复梁国、陈国的旧地。那时我也是副君家里的酒客，谁又奈得我何？”杨广因此召来郭衍，偷偷地一起商议，但又怕别人怀疑他们无故来往，就假托说，郭衍的妻子得了瘿病，萧王妃有办法治疗。把这些报告隋文帝，隋文帝听任郭衍和他的妻子去江都，这样来来往往，无所节制。郭衍谎称桂州的俚人造反，杨广于是奏请朝廷让郭衍发兵讨“敌”，因此大造武器军帐，偷偷地豢养很多士卒。
隋文帝废黜太子杨勇，改立杨广为太子，郭衍亦受到重用，调任左监门率，后改任左宗卫率。隋文帝去世，隋文帝临终时，杨广与杨素篡改遗诏，让郭衍、宇文述率领东宫卫兵，靠近上台站岗，门禁全由他们掌握。隋文帝死后，杨广继位，汉王杨谅因不满隋炀帝继位，于是起兵造反，当时京城空虚，杨广让郭衍飞速返回都城，领兵防守。
隋炀帝率领近二十万人，沿通济渠南下到江都视察，命令郭衍统领左军，改任光禄大夫。郭衍跟随隋炀帝西征吐谷浑，从金山道出兵，击败吐谷浑军队，招纳降民二万多户。郭衍能揣摸隋炀帝的意图，阿谀奉承，顺从旨意，隋炀帝经常对人说：“只有郭衍，心与我同。”郭衍曾劝隋炀帝自己行乐，五天一上朝，不要像隋文帝那样白白地劳累，隋炀帝听到他的话，越发夸他孝顺。
郭衍再次跟随隋炀帝巡幸江都，在江都病逝，朝廷赠官左卫大将军，赏赐很多器物，谥号襄。