Urodził się w żydowskiej rodzinie kupieckiej, która 1860 przeniosła się do Wiednia, gdzie z wyróżnieniem ukończył gimnazjum oraz studia medyczne. W miejscowym uniwersytecie zdobył też kolejne stopnie naukowe. W 1885 otrzymał stypendium w paryskiej klinice Salpetriére u neuropatologa J.M. Charcota leczącego histerię za pomocą hipnozy. Po powrocie otworzył prywatną praktykę lekarską. Wraz z J. Breuerem opisał przypadek pacjentki Anny O. Pierwsze jego publikacje nie znalazły jednak uznania w środowisku medycznym. W 1886–93 pracował dodatfkowo w Instytucie Neurologicznym Kassowitza w Wiedniu, studiował w Berlinie w Szpitalu Cesarza Fryderyka oraz na oddziale chorób nerwowych Szpitala Charité, a podczas kolejnego pobytu we Francji w klinice uniwersyteckiej w Nancy. W 1902 został profesorem uniwersytetu w Wiedniu. Zainicjował działalność Wiedeńskiego Towarzystwa Psychoanalitycznego, w którym od 1910 pełnił funkcję kierownika naukowego. Był współzałożycielem rocznika Jahrbuch für psychoanalytische und psychopathologische Forschungen oraz periodyku Zentralblatt für Psychoanalyse, a także 1910 współtwórcą Międzynarodowego Towarzystwa Psychoanalitycznego. Na przełomie 1915 i 1916 wygłosił cykl wykładów, znanych jako Wstęp do psychoanalizy. W 1936 został członkiem Towarzystwa Królewskiego w Londynie. Po przyłączeniu Austrii do III Rzeszy, ze względu na pochodzenie żydowskie, wyjechał do Wielkiej Brytanii.

Pierwszymi pracami Freuda, które przyniosły mu rozgłos, były: Psychopatologia życia codziennego (1900, wydanie polskie 1912, wydanie 5 2000), Objaśnianie marzeń sennych (1900, wydanie polskie 1996) oraz Marzenia senne (1901, wydanie polskie 1987). Do podstawowych dzieł Freuda zalicza się ponadto: Wstęp do psychoanalizy (1917, wydanie polskie 1935, wydanie 12 2004), Poza zasadą przyjemności (1920, wydanie polskie 1975), Charakter a erotyka (wydanie polskie 1996). O możliwościach psychoanalitycznej interpretacji religii i kultury świadczą następujące publikacje: Totem i tabu (1913, wydanie polskie 1993), Przyszłość pewnego złudzenia (1927, wydanie polskie 1995), Kultura jako źródło cierpień (1930, wydanie polskie 2 1995), Człowiek imieniem Mojżesz a religia monoteistyczna (1939, wydanie polskie 1994) — ich fragmenty zostały zebrane w tomie pt. Człowiek, religia, kultura (1967). Freud napisał także autobiografię pt. Wizerunek własny (1925, wydanie polskie 1936, wydanie 2 1990).

Poglądy naukowe Freuda ulegały ewolucji. W ich rozwoju można wyróżnić 3 główne fazy: w pierwszej (do ok. 1900) Freud przedstawił interpretację zaburzeń psychicznych oraz program ich diagnozy i terapii, w drugiej (do ok. 1920) wykroczył poza granice medycyny i stworzył teorię struktury i funkcjonowania psychiki ludzkiej, w trzeciej natomiast (po 1920) rozszerzył i przekształcił psychoanalizę w filozoficzną koncepcję człowieka i kultury.

Punktem wyjścia całości poglądów Freuda była opracowana przez niego metoda diagnozy i terapii zaburzeń psychicznych nazwana psychoanalizą. Opierała się ona na założeniu, iż nie istnieje bezpośredni wgląd w ludzką psyche. Każde jej badanie z konieczności jest procedurą pośrednią, polegającą na interpretacji ekspresji symbolicznej: wolnych skojarzeń, snów, czynności pomyłkowych. Terapia, będąca analizą owych ekspresji, miała doprowadzić do uświadomienia sobie przez pacjenta nieuświadomionych dotąd dążeń i stłumionych przeżyć, stanowiących przyczynę nerwic. Wyjaśniając zaburzenia psychiczne, Freud doszedł do wniosku, że mają one podłoże seksualne i są związane z tzw. wydarzeniami traumatycznymi, które rozegrały się w okresie wczesnodziecięcym. Odwołując się do wyników badań klinicznych, Freud stworzył ogólną teorię psychiki ludzkiej. Była to koncepcja dynamiczna. Zasadniczą rolę w życiu człowieka odgrywają bowiem popędy. Pierwotnie Freud zakładał istnienie jednego rodzaju popędu, a mianowicie libido. W późniejszym okresie (m.in. pod wpływem I wojny światowej) wprowadził rozróżnienie na popęd życia (zwany erosem, 3) i destruktywny popęd śmierci. Traktował je jako postacie energii psychicznej, która zachowuje się zgodnie z prawem zachowania energii, tzn. jeżeli popęd nie może zostać adekwatnie zaspokojony, energia nie ginie, lecz zostaje przemieszczona w inny obszar. Psychikę ludzką można również rozpatrywać jako nieustanną grę procesów nieświadomych, przedświadomych i świadomych, przy czym to, co świadome, odnosi się jedynie do niewielkiego fragmentu życia. Większość z procesów rozgrywa się poza progiem świadomości, co wyklucza możliwość wglądu bezpośredniego. Freud wyróżnił 3 poziomy organizacji życia psychicznego (tzw. opis strukturalny): id (ono — rezerwuar niedostępnych świadomości popędów), ego (jaźń — świadoma część osobowości, spełniająca funkcje poznawcze i regulatywne) oraz superego (nadjaźń — struktura zawierająca zinternalizowane, obowiązujące w społeczeństwie normy i wzory kulturowe, przede wszystkim etyczne i obyczajowe). W wyjaśnianiu zjawisk psychicznych i kulturowych szczególne miejsce przypisał kompleksowi Edypa. W późniejszym okresie Freud zastosował podejście psychoanalityczne również do interpretacji zagadnień kulturowych, tworząc swoiste teorie kultury, religii i sztuki.

Koncepcje Freuda już ok. 1900 zaczęły mieć pierwszych zwolenników. Zaliczyć do nich można m.in.: A. Adlera, O. Ranka i C.G. Junga, którzy następnie utworzyli własne szkoły. Kolejni przedstawiciele psychoanalizy podjęli próby przezwyciężenia ograniczeń teorii Freuda, m.in. jej biologizmu, naddeterminizmu oraz niedowartościowania znaczenia czynników społecznych i świadomej motywacji w kształtowaniu osobowości. Od ok. 1920 zrodzony z inspiracji poglądami Freuda ruch zaczął zataczać coraz szersze kręgi, stając się nie tylko ważnym podejściem terapeutycznym i kierunkiem humanistyki współczesnej, lecz również pewnego rodzaju zjawiskiem kulturowym.