生于东京，卒于京都。1920年，入日活公司向岛制片所，1923年，开始独立拍片。翌年，他导演的第5部影片《败军的歌曲悲惨》引起人们的关注。他的早期艺术创作不稳定，《雾码头》（1923）模仿美国作家E.奥尼尔的剧作，被认为是《安娜·克里斯蒂》的翻版。同时他又拍摄了一批打闹剧和具有鲜明倾向的影片。这一时期，他以每年10部的速度拍片，主要有《纸人在春天的私语》（1926）和《狂恋的女艺师》（1926）。

自20世纪30年代起，他开始拍摄独具风格的“女性电影”。他抓住男女之间的爱情和性欲的问题，将摄影机对准社会底层的女性，用现实主义的手法表现她们的遭遇和不幸。1936年，他拍摄的《浪华悲歌》和《青楼姊妹》被认为是这一时期的最佳作品。第二次世界大战以后，他继续“女性电影”的主题，于1952年拍摄了《西鹤一代女》，在意大利威尼斯国际电影节上获国际奖，取得世界声誉。1年之后，他的《雨月物语》在意大利威尼斯国际电影节上又获银狮奖。他的其他重要作品还有《爱怨峡》（1937）、《残菊物语》（1939）、《浪花女》（1940）等。为表彰沟口健二对日本电影事业作出的贡献，日本政府授予他紫绶褒章。逝世后，追赠四等瑞宝章。