Sigmund Freud era filho de Jacob Freud (um judeu proveniente da Galícia e comerciante de lã) e de sua terceira mulher, Amalie Nathanson (1835-1930). Nascido com o nome de Sigmund Schlomo Freud em 1856, Freud mudou-se para Viena em 1860, quando tinha quatro anos de idade, por causa de problemas financeiros e de problemas de saúde de sua família.
Freud ingressou na Universidade de Viena aos 17 anos. Ele planejava estudar direito mas, ao invés disso, entrou para a faculdade de medicina. Em 1876, Freud passou quatro semanas na estação zoológica de Claus em Trieste, dissecando o sistema reprodutor masculino de centenas de enguias, num estudo que se revelou inconclusivo.
Os primeiros anos de Freud são pouco conhecidos, já que ele destruiu seus escritos pessoais em duas ocasiões: a primeira em 1885 e novamente em 1894. Além disso, seus escritos posteriores foram protegidos cuidadosamente nos Arquivos de Sigmund Freud, aos quais só tinham acesso Ernest Jones (seu biógrafo oficial) e uns poucos membros do círculo dapsicanálise. O trabalho de Jeffrey Moussaieff Masson pôs alguma luz sobre a natureza do material oculto.
Os estudos na universidade tomaram-lhe inesperadamente bastante tempo até a graduação, em 1881. Registros de amigos que o conheciam naquela época, assim como informações nas próprias cartas escritas por Freud, sugerem que ele foi menos diligente nos estudos de medicina do que devia ter sido. Em lugar dos estudos, ele atinha-se à pesquisa científica, inicialmente pelos estudos dos órgãos sexuais de enguias — um estranho, mas interessante presságio das teorias psicanalíticas que estariam por vir vinte anos mais tarde. De acordo com os registros, Freud completa tal estudo satisfatoriamente, mas sem distinção especial. Em 1877, desapontado com os resultados e talvez menos excitado em enfrentar mais dissecações de enguias, Freud vai ao laboratório de Ernst Brücke, que torna-se seu principal modelo de ciência.
Com Brücke, Freud entra em contato com a linha fisicalista da fisiologia. O interesse de Brücke não era apenas descobrir as estruturas de órgãos ou células particulares, mas sim, suas funções. Dentre as atribuições de Freud, nesta época, estavam o estudo da anatomia e da histologia do cérebro humano. Durante os estudos, identifica várias semelhanças entre a estrutura cerebral humana e a de répteis, o que o remete ao então recente estudo deCharles Darwin sobre a evolução das espécies e à discussão da "superioridade" dos seres humanos sobre outras espécies.
De volta ao Hospital Geral e entusiasmado pelos estudos de Charcot, Freud passa a atender, na maior parte, jovens senhoras judias que sofriam de um conjunto de sintomas aparentemente neurológicos que compreendiam paralisia, cegueira parcial, alucinações, perda de controle motor e que não podiam ser diagnosticadoscom exames. O tratamento mais eficaz para tal doença incluía, na época, massagem, terapia de repouso e hipnose.
Em 14 de Setembro de 1886, em Hamburgo, Freud casou-se com Martha Bernays com a ajuda financeira de alguns amigos mais abastados, dentre eles Josef Breuer, um colega mais velho da faculdade de medicina.
Foi com as discussões de casos clínicos com Breuer que surgiram as ideias que culminaram com a publicação dos primeiros artigos sobre a psicanálise. O primeiro caso clínico relatado deve-se a Breuer e descreve o tratamento dado a uma paciente (Bertha Pappenheim, chamada de "Anna O." no livro), que demonstrava vários sintomas clássicos de histeria. O método de tratamento consistia na chamada "cura pela fala" ou "cura catártica", na qual o ou a paciente discute sobre as suas associações com cada sintoma e, com isso, os faz desaparecer.Esta técnica tornou-se o centro das técnicas de Freud, que também acreditava que as memórias ocultas ou "reprimidas" nas quais baseavam-se os sintomas de histeria eram sempre de natureza sexual. Breuer não concordava com Freud neste último ponto, o que levou à separação entre eles logo após a publicação dos casos clínicos.
Na verdade, inicialmente, a classe médica em geral acaba por marginalizar as ideias de Freud; seu único confidente durante esta época é o médico Wilhelm Fliess. Depois que o pai de Freud falece, em outubro de 1896, segundo as cartas recebidas por Fliess, Freud, naquele período, dedica-se a anotar e analisar seus próprios sonhos, remetendo-os à sua própriainfância e, no processo, determinando as raízes de suas próprias neuroses. Tais anotações tornam-se a fonte para a obra A Interpretação dos Sonhos. Durante o curso desta autoanálise, Freud chega à conclusão de que seus próprios problemas eram devidos a uma atração por sua mãe e a uma hostilidade em relação a seu pai. É o famoso "complexo de Édipo", que se torna o coração da teoria de Freud sobre a origem da neurose em todos os seus pacientes.
Nos primeiros anos do século XX, são publicadas suas obras A Interpretação dos Sonhos e A psicopatologia da vida cotidiana. Nesta época, Freud já não mantinha mais contato nem com Josef Breuer, nem com Wilhelm Fliess. No início, as tiragens das obras não animavam Freud, mas logo médicos de vários lugares — Eugen Bleuler, Carl Jung, Karl Abrahams, Ernest Jones, Sandor Ferenczi — mostram respaldo às suas ideias e passam a compor o Movimento Psicanalítico.
Por sua vida inteira, Freud teve uma posição financeira modesta. Josef Breuer foi, no início, um aliado de Freud em suas ideias e também um aliado financeiro.
Freud criou o termo "psicanálise" para designar um método para investigar os processos inconscientes e de outro modo inacessíveis do psiquismo.
Nos tempos do nazismo, Freud perdeu quatro das cinco irmãs nos campos de concentração: Regine (Rosa) em Auschwitz, Mitzi (Marie) em Theresienstadt, Dolfi (Esther Adolfine) e Paula (Pauline) em Treblinka. Embora Maria Bonaparte tenha tentado tirá-las do país, elas foram impedidas de sair de Viena pelas autoridades nazistas.
Morou em Viena até 1938, quando, após a anexação da Áustria à Alemanha nazista, em razão de sua etnia judaica, refugiou-se na Inglaterra, onde já se encontrava parte de sua família.
Freud morre de cancro no palato aos 83 anos de idade (passou por trinta e três cirurgias). Supõe-se que tenha morrido de uma dose excessiva de morfina. Freud sentia muita dor, e segundo a história contada, ele teria dito ao médico que lhe aplicasse uma dose excessiva de morfina para terminar com o sofrimento, o que seria eutanásia.
Encontra-se sepultado no crematório de Golders Green, no bairro de Golders Green, em Londres, na Inglaterra.
Freud e Martha tiveram seis filhos: Mathilde, nascida em 1887, Jean-Martin, nascido em 1889, Olivier, nascido em 1891, Ernst, nascido em 1892, Sophie, nascida em 1893 e Anna, nascida em 1895. Um deles, Martin Freud, escreveu uma memória intitulada Freud: Homem e Pai, na qual descreve o pai como um homem que trabalhava extremamente, por longas horas, mas que adorava ficar com suas crianças durante as férias de verão. Anna Freud, filha de Freud, foi também uma psicanalista destacada, particularmente no campo do tratamento de crianças e do desenvolvimento psicológico. Sigmund Freud foi avô do pintor Lucian Freud e do ator e escritor Clement Freud, e bisavô da jornalista Emma Freud, da desenhista de moda Bella Freud e do relações públicas Matthew Freud.