生于金边，卒于中国北京。苏拉玛里特亲王和哥沙曼之子，诺罗敦国王（1862～1904年在位）的曾孙，西索瓦·莫尼旺国王（1904～1927年在位）的曾外孙，具有柬埔寨王室两大家族的血统。1936年，进入西贡（今越南胡志明市）夏斯鲁巴法文中学，毕业后赴法国索姆尔的骑兵和装甲学校学习军事。1941年4月莫尼旺国王（1927～1941年在位）病逝后继承王位，10月31日加冕。

1945年10月，法国殖民者重返柬埔寨。在人民抗法斗争浪潮的推动下，1952年6月15日，以西哈努克为代表的柬埔寨上层发起“王家独立十字军运动”，要求收回国家主权。1953年3月，西哈努克亲赴巴黎，向法国总统提出给予柬埔寨独立的要求，被拒绝后愤而出走曼谷以示抗议，并迫使法国殖民者让步。同年7月，法国被迫承认柬埔寨的独立和主权，并逐步将警察权、司法权和军事等权力移交给柬埔寨王国政府。11月8日，西哈努克从泰国返回金边；9日，举行法军从金边撤退的仪式，柬埔寨获得独立。1954年7月，关于中南半岛停战的《日内瓦协定》签订后，柬埔寨的独立、主权、统一和领土完整获国际上的承认。独立后，以西哈努克为国王的柬埔寨王国政府宣布执行和平、中立与不结盟政策。

1955年3月，西哈努克宣布放弃王位，由其父诺罗敦·苏拉玛里特亲王担任国王。同年4月，创立人民社会同盟，任主席。9月，人民社会同盟在大选中获胜，成为执政党，西哈努克亲王出任内阁首相兼外交大臣。他主持修改宪法，成立全国代表大会和各省人民议会。1960年4月苏拉玛里特国王逝世后，他拒绝继承王位，亲自宣布取消王位继承制，设立国家元首职位。同年6月，经国民议会选举为国家元首。1970年3月18日，朗诺集团乘他外访之机在美国支持下发动政变，夺取政权。同年3月23日，西哈努克在北京发表声明和告全国同胞书，号召推翻朗诺政权，并组成柬埔寨民族统一阵线和王国民族团结政府，担任阵线主席和国家元首。

1975年4月金边获得解放，9月他返回柬埔寨。1976年1月，出任民主柬埔寨国家元首，4月2日发表退休声明。1979年1月，在越南军队逼近金边时到中国，后率民主柬埔寨高级代表团赴美国出席联合国安理会关于越南侵柬的紧急会议。9月，在平壤组成高棉民族主义者联盟，任主席。1981年2月，宣布愿意再次与民主柬埔寨合作。同年3月，柬埔寨争取独立、中立、和平与合作民族团结阵线成立，西哈努克任主席。翌年6月，在马来西亚首都吉隆坡同乔森潘和宋双会晤，签署《民主柬埔寨联合政府宣言》；7月任民主柬埔寨联合政府主席。1991年7月，任柬埔寨全国最高委员会主席，11月被拥戴为国家元首。1993年9月，登基为柬埔寨国王。2004年10月退位，同月29日其子西哈莫尼继国王位（见诺罗敦·西哈莫尼）。

西哈努克坚持奉行民族独立、和平、中立与不结盟的外交政策。1955年4月，参加亚非会议。1961年后，多次出席不结盟国家首脑会议，为不结盟运动的创始人之一。与中国有深厚友谊，多次访问中国。通晓法文、英文和拉丁文，出版过《战争和希望史》等多部著作，谱写有《怀念中国》等歌曲，并亲自编导和主演影片《吴哥的阴影》。