弗洛伊德3岁时全家迁居维也纳。父亲雅各布·弗洛伊德的前妻生的两个孩子比西格蒙德大20岁左右，他们没有去维也纳，而是移居到英国的曼彻斯特。西格蒙德是他父亲与后妻生的长子，下面还有两个弟弟和五个妹妹。它的早年生活是在极度贫困中度过的。
青年时代，弗洛伊德对一般的哲学和人道主义问题很感兴趣，但是，他觉得必须有一种严格的科学训练来约束自己丰富的想象力。17岁时，弗洛伊德考入维也纳大学医学院，1876年到1881年在著名生理学家艾内斯特·布吕克的指导下进行研究工作。1881年开始私人开业，担任临床神经专科医生，1886年与马莎·伯莱斯结婚，育有三男三女，女儿A.弗洛伊德后来也成为著名的心理学家。
弗洛伊德对精神分析的兴趣是在1884年与J.布洛伊尔合作期间产生的，他们合作治疗一名叫安娜·欧的21岁癔症患者，他先从布洛伊尔那里学了宣泄疗法，后又师从J.沙可学习催眠术，继而他提出了自由联想疗法，1897年创立了自我分析法。他一生中对心理学的最重大贡献是对人类无意识过程的揭示，提出了人格结构理论，人类的性本能理论以及心理防御机制理论。
在心理治疗法上，弗洛伊德运用自由联想疗法、释梦、移情。他认为浮现在脑海中的任何东西都不是无缘无故的，都是具有一定因果关系的，借此可挖掘出潜意识中的症结。自由联想就是让病人自由诉说心中想到的任何东西，鼓励病人尽量回忆童年时期所遭受的精神创伤；而释梦，弗洛伊德又将梦境分为两层次：当事人所记忆者称为显性梦境，显性梦境并非梦的真正内容。另一为当事人所不能记忆者为隐性梦境，隐性梦境中隐含更重要的意义。心理治疗的目的，即在根据患者显性梦去解析其隐性梦的涵义，从而找出当事人潜意识中的问题；移情则是患者对心理医生的情感反应。正移情是患者将积极的情感转移到医生身上，负移情是患者将消极的情感转移到医生身上。借助移情，把病人早年形成的病理情结加以重现，重新经历往日的情感，进而帮助他解决这些心理冲突。
在精神层次理论上，弗洛伊德的认为人的精神活动在不同的意识层次里发生和进行。不同的意识层次主要包括意识、前意识和潜意识三个层次。意识，是能察觉的心理活动，它属于人的心理结构的表层，感知外界现实环境和刺激，用语言来反映和概括事物的理性内容；前意识又称下意识，是调节意识和无意识的中介机制，可以被回忆起来的、能被召唤到清醒意识中的潜意识，因此，它既联系着意识，又联系着潜意识，使潜意识向意识转化成为可能。但它的作用更体现在阻止潜意识进入意识，它起着“检查”作用，绝大部分充满本能冲动的潜意识被它控制，不可能变成前意识，更不可能进入意识；潜意识又称无意识，则是在意识和前意识之下受到压抑的没有被意识到的心理活动，代表着人类更深层、更隐秘、更原始、更根本的心理能量。包括人的原始冲动和各种本能（主要是性本能）以及同本能有关的各种欲望。由于潜意识具有原始性、动物性和野蛮性，不见容于社会理性，所以被压抑在意识阈下，但并未被消灭。它无时不在暗中活动，要求直接或间接的满足。正是这些东西从深层支配着人的整个心理和行为，成为人的一切动机和意图的源泉。
在人格结构理论上，弗洛伊德认为人格结构的最基本的层次是本我（id），它处于心灵最底层，是一种与生俱来的动物性的本能冲动。它是毫无理性的，只知按照快乐原则行事，盲目地追求满足；中间一层是自我（ego），充当本我与外部世界的联络者与仲裁者，并且在超我的指导下监管本我的活动，它按照“现实原则”行动，既要获得满足，又要避免痛苦，代表的就是通常所说的理性或正确的判断；最上面一层是超我（superego），即能进行自我批判和道德控制的理想化了的自我，超我的主要职责是指导自我以道德良心自居，去限制、压抑本我的本能冲动，而按至善原则活动。
弗洛伊德对心理学作出了很大贡献，用简短的文字很难加以概括。他强调人的行为中的无意识思维过程极为重要。他证明了这样的过程如何影响梦的内容，如何造成常见的不幸，如口误、忘记人名、致伤的事故、甚至疾病。
弗洛伊德一生博学多才，有着很高的文化素养，他精通古典文学，对本国和别国的文学名著事业的涉猎甚广。他对希腊神话极为熟悉，不但经常随口应用，在他的著作中也比比皆是。他有非凡的文学才能，因而被公认为德语的散文大师。在艺术方面他最为欣赏的是诗歌与雕塑，对绘画与建筑也有兴趣，但对音乐的爱好相对小些。
从1890年到1914年，他通常每年要到意大利去消磨，潜心研究那里的艺术杰作。凡这类的旅行，同去的不是他的弟弟就是他的朋友，因为他的妻子不喜欢旅行，宁愿和孩子们一起守在家里。弗洛伊德在外出旅游之前，总是先携全家去某个宁静的山林胜地都度上一个半月的假期，那时他的生活中最幸福美满的时光。弗洛伊德非常喜欢孩子，总爱和他们呆在一起。
1891年，弗洛伊德全家搬到贝尔加泽街19号（仍在维也纳市），他在那儿一直住到1938年。1908年，弗洛伊德在他住的那一层又得到一套房间，共有三室，后来，他把这套房间与原来的连通起来。弗洛伊德有几个房间，里面摆满了——或者不妨说到处摊着他收集的文物古器，特别是那些希腊、埃及的古董，这是他唯一的嗜好，他从中得到了莫大的快乐。他对考古发掘工作同样有着浓厚的兴趣。
在这期间，他潜心研究，1900年，弗洛伊德发表《梦的解析》，这被认为是一本巨著。书中有关隐蔽的愿望满足的理论，是弗洛伊德对心理学最有价值的贡献之一。在《梦的解析》中，弗洛伊德认为，不论是简单还是复杂的梦，本质上都是愿望的达成。
有一位夫人梦见上衣沾满了乳汁，弗洛伊德解释她已有了一个孩子。这个孩子并非是第一胎，年轻的妈妈希望即将诞生的孩子比上一个孩子有更多的奶水吃。一位年轻女人因终年在隔离病房里，照顾患传染病的小孩，许久没有参加社交活动。她告诉弗洛伊德，她梦见一大群人欢娱。弗洛伊德解释说，她希望孩子的病早日康复，满足她参加社交活动的愿望。
儿童的心理较之成人的单纯，所做的梦也就单纯，是通俗的白话文而不是深奥的象形文字。他说，就像我们研究低等动物的构造发育，以了解高等动物的构造一样，我们应该可以多多探讨儿童心理学，以了解成人心理。小孩的梦，是简单明显的愿望达成，虽然它比起成人的梦显得枯燥，但却提供了梦的本质是愿望的达成；虽然它比成人的梦简单，但却证明了人的梦的本质。因为儿童的梦简单、明白、易懂，它未曾化装或很少化装，有摄人灵魂的自然美，分析儿童的梦不需要任何技术。
1933年，纳粹党人开始对犹太人进行迫害，这对弗洛伊德的研究工作是一个重大打击。当时弗洛伊德在德国的许多支持者被迫逃离自己的国家，他的著作在柏林被当众焚烧。此后不久，他的出版公司的大部分存书又在莱比锡被没收。
尽管压力重重，弗洛伊德坚决不同意离开早己成为故乡的维也纳。但是，1938年3月纳粹入侵奥地利以后，局势已经很明显了，如果还不走的话，要不了多久，他就会像别的犹太人一样厄运临头。在这关键时刻，英国心理学家欧内斯特·琼斯飞抵维也纳，劝他移居英国，英国内务大臣亦为他、他的家庭以及他的学生提供了最充分的帮助。6月，弗洛伊德克服了纳粹分子设置的重重障碍，终于飞抵伦敦。9月，他又搬到马兹费尔德花园，这是他最后一次搬家。9月间，弗洛伊德接受了最后的手术治病，这也是最大的一次手术。到了次年2月他癌症复发，医生认为已无法再动手术了。然而在他逝世前的一个月，弗洛伊德还在忙于他的本职工作，还在接待来访者，撰写文章。弗洛伊德作为一名心理学家，精神分析学派的创始人，影响了心理学研究的进程与方向。他的著作有《性学三论》《梦的解析》《图腾与禁忌》《日常生活的心理病理学》《精神分析引论》《精神分析引论新编》等。
1939年9月23日，弗洛伊德在伦敦与世长辞。
人什么都能忘却，只有自己，自己的本质，是永远也忘不掉的。
——弗洛伊德
笑话给予我们快感，是通过把一个充满能量和紧张度的有意识过程转化为一个轻松的无意识过程。
——弗洛伊德