生于奥地利摩拉维亚弗赖堡（今捷克普莱波），卒于英国伦敦。1873年进入维也纳大学，从维也纳大学医学院毕业后，弗洛伊德开始作为神经科医生接待精神疾病患者。在当时，人们尚缺乏有效的心理治疗方法去帮助这些患者，弗洛伊德不得不在摸索中前行。在两次赴法国学习当时新兴的催眠及暗示疗法后，他逐渐发现已有方法的缺陷并越来越确信同事兼好友布洛伊尔偶然发现的“宣泄疗法”的有效性。在布洛伊尔放弃了进一步的探索之后，弗洛伊德却继续实践并完善这种全新的方法，这就是后来被他命名为“精神分析”的方法。

1900年《梦的解析》一书的出版，标志着作为一门学科的精神分析学的诞生。从临床工作出发，精神分析学力图揭示个体无意识的形成机理、结构及功能。例如，弗洛伊德关于“无意识-前意识-意识”的第一拓比理论和后期“它我-自我-超我”的第二拓比理论，是对无意识结构的研究；关于力比多发展变化的理论，包括前期的“快乐原则-现实原则”，后期的“生冲动-死冲动”，是从精神能量的流通与配置作的所谓“经济学”研究；最后，关于精神机构内部各种力的相互作用，例如压抑、防御、抵抗、妥协（合成）等，则关涉症状形成机制的“动力学”研究。囿于时代所限，弗洛伊德的研究范式仍然属于欧氏几何-牛顿力学体系，这使他的理论解释难免给人以机械决定论之感；而力比多本质的模糊不清也使其理论被误解为“泛性论”，并始终未能完全摆脱生物学的窠臼。这几个理论上的问题，直到另一位同样极具开拓性的精神分析家J.拉康，通过全面的理论重构和范式转变，才真正得以解决。

精神分析对无意识领域的探索，填补了关于人类主体研究中缺失的一环，带来了对人自身理解的一场革命。弗洛伊德这样来总结：在科学史上，人的自恋错觉受到了三次打击，分别是哥白尼的日心说、达尔文的进化论和精神分析的发现——无意识才是心理生活的主宰。

如同前两次“打击”带给发现者的命运一样，精神分析自建立伊始，也始终面临着强有力的抵抗。这使得弗洛伊德在数十年间一直处于“光荣的孤立”中，直到1909年应克拉克大学校长之邀访美之后，他的思想才开始广泛地在英语世界中传播开来，并逐渐开始赢得了世界性的声誉，形成了一场国际性的精神分析运动。其继承者由于立场与观点的不同，形成了不同的学派，为了捍卫他所创立的精神分析的核心理论与思想，弗洛伊德领导建立了国际精神分析协会。

1938年，德国法西斯入侵奥地利，身为犹太人的弗洛伊德一直坚持到最后一刻，才在友人的帮助下，前往英国伦敦避难，1年后由于下颚癌而离世。其著作被翻译为许多国语言，例如被称为标准版的英文24卷本《弗洛伊德全集》，中文则有8卷本《弗洛伊德文集》。

由于精神分析的研究对象即人类个体的无意识，是心理生活的基础，弗洛伊德对这片“黑暗王国”的探索，不仅对心理病理学与心理治疗的发展起到了奠基性的作用，更是对包括哲学、文学、艺术等在内的人文诸学科产生了巨大而深远的影响，以至于他与马克思、爱因斯坦一起被合称为“改变了现代思想的三个犹太人”。