Giuseppe Sarto urodził się 2 czerwca 1835 r. w rodzinie wiejskiego listonosza, w Riese koło Wenecji. Uczęszczając do szkoły podstawowej w Riese, uczył się równocześnie języka łacińskiego u kapelana tej wioski, ks. Alojzego Horacjusza.
W 1846 r. został przyjęty do gimnazjum w Castelfranco Veneto. Codziennie musiał więc przebiegać 14 km (po 7 km tam i z powrotem do domu). Trwało to przez 4 lata (1846-1850). W 1845 r. otrzymał sakrament bierzmowania; pierwszą Komunię świętą przyjął dwa lata później, kiedy miał 12 lat. W wieku 15 lat odebrał od patriarchy weneckiego Jakuba Monico stypendium seminaryjne, za które mógł wstąpić do seminarium. Przez całą swoją edukację uczył się bardzo pilnie. W sierpniu 1858 r. jego nauka w seminarium dobiegła końca. Jednakże miał dopiero 23 lata i był o cały rok za młody, by zostać księdzem. Z pomocą biskupa Treviso udało mu się uzyskać z Rzymu dyspensę i 18 września 1858 r. Giuseppe Sarto został wyświęcony na kapłana.
Pierwszą placówką młodego kapłana była kapelania w Tombolo. Budował wiernych pobożnością i gorliwością kapłańską, opiekował się ubogimi. Po 9 latach (1858-1867) biskup przeznaczył go na proboszcza do Salvano. Tam zajął się szczególnie katechizacją dzieci, uczeniem chóru śpiewu liturgicznego i biednymi. Sam będąc wiele razy głodny jako chłopiec, umiał zrozumieć głód innych. Był tak szczodry dla ubogich, że siostra częstokroć z płaczem skarżyła się mu, że nie ma co do garnka włożyć, a wstydzi się brać w sklepie na kredyt. Miał dwóch wikariuszy do pomocy, z którymi codziennie wieczorem omawiał potrzeby parafii. Po 8 latach został zwolniony z parafii i mianowany kanonikiem w Treviso. Niebawem biskup mianował ks. Sarto swoim kanclerzem.
W roku 1879 Giuseppe Sarto został mianowany wikariuszem kapitularnym – miał tymczasowo administrować diecezją po śmierci biskupa. I mimo, że zarządzał diecezją niespełna rok, osiągnął bardzo wiele. W 1884 r. papież Leon XIII mianował go biskupem Mantui. Do swoich nowych obowiązków Giuseppe Sarto przystąpił z wielkim entuzjazmem – zatroszczył się o seminarium, zwołał synod diecezjalny, był znany jako życzliwy ojciec diecezji, który odwiedził wszystkie parafie. Gdy pracował w swoim gabinecie, każdy kto miał jakąś potrzebę, mógł w dowolnej chwili przerwać biskupowi pracę i przedstawić swój problem. W 1892 papież Leon XIII mianował go patriarchą Wenecji. Również na tym stanowisku drzwi jego domu były zawsze otwarte dla wszystkich – bogaczy i biedaków. Patriarcha Wenecji Giuseppe Sarto nadal żył problemami swoich wiernych i pomagał im, jak tylko mógł. Wiele czynił również dla przyszłych kapłanów – jako pierwszy wprowadził do seminariów studia biblijne, historię Kościoła i ekonomię społeczną.
W 1903 r. zmarł papież Leon XIII. 62 kardynałów po siódmym głosowaniu w dniu 4 sierpnia wybrało na jego następcę kardynała Sarto. Wybór przyjął zalany łzami. Uroczysta koronacja odbyła się 9 sierpnia. Nowy papież przyjął imię Piusa X. W dwa miesiące później (4 października 1903 r.) wydał swą pierwszą encyklikę Ad diem illum, w której wyłożył program swojego pontyfikatu: odnowić wszystko w Chrystusie (restaurare omnia in Christo). W 1906 r. wydał drugą z kolei encyklikę, dotyczącą karności i reformy duchowieństwa. W 1908 r. zaprowadził reformę kurii papieskiej i zmiany w procedurze konklawe. Rozpoczął reformę prawa kanonicznego, którą dokończył papież Benedykt XV, jego następca, wydaniem nowego Kodeksu Prawa Kanonicznego (1918). W 1905 r. ukazał się Katechizm Piusa X najpierw dla diecezji rzymskiej, potem dla całego Kościoła z instrukcją o nauczaniu dzieci prawd wiary. Za pomocą listu motu proprio z 1903 r. Pius X wprowadził reformę muzyki kościelnej. Zreformował również brewiarz. Dekretem z 1905 r. zniósł konieczność przystępowania do spowiedzi przed każdym przyjęciem Komunii świętej, a dekretem Quam singulari Christus amore (z 8 sierpnia 1910 r.) obniżył wiek dzieci mogących przyjąć Komunię świętą.
Z całą energią zwalczał współczesne błędy. Największym niebezpieczeństwem był modernizm – prąd, który obalał niemal wszystkie dogmaty. W encyklice Pascendi dominici gregis z 8 września 1907 r. modernizm został uroczyście potępiony, a kapłani zostali zobowiązani do składania przysięgi antymodernistycznej. Dla podniesienia wagi nauk biblijnych i dla przeciwstawienia się szerzonym błędom racjonalistycznym Pius X ustanowił Papieski Instytut Biblijny, istniejącą do dziś najwyższą szkołę biblijną (1909).
Z całą stanowczością stawał w obronie Kościoła. Na tym tle doszło do gwałtownego zatargu z rządem francuskim, który w roku 1905 samowolnie zerwał konkordat z roku 1801 i usiłował narzucić Kościołowi ograniczające jego wolność prawa. Wtedy właśnie wypędzono z Francji zakonników i zlikwidowano niemal wszystkie klasztory. Papież mianował 40 biskupów na nieobsadzonych dotąd diecezjach, nie konsultując tego z rządem.
Pius X bywa nazywany papieżem dzieci. Kochał je i pragnął, by jak najwcześniej spotkały się z Panem Jezusem, zanim szatan zajmie jego miejsce. Po wydaniu dekretu o wczesnej Komunii świętej otrzymał moc listów od dzieci. Pan Bóg obdarzył go także darem łask niezwykłych, m.in. uzdrawiania chorych.
25 maja 1914 r. zdołał jeszcze zwołać konsystorz i ogłosić na nim wybór 13 nowych kardynałów. Z tej okazji dał wyraz swojemu przeczuciu bliskiej śmierci z powodu choroby nerek i oskrzeli, na którą od dawna cierpiał.
Gdy 28 czerwca 1914 r. padł w Sarajewie od kuli zamachowca następca tronu Austro-Węgier, Franciszek Ferdynand, papież wydał orędzie do państw, usiłując zatrzymać groźbę wojny. Nie udało mu się to – 28 lipca stała się ona faktem. 21 sierpnia 1914 r. o godzinie 1 w nocy papież Pius X przeniósł się do wieczności. Następnego dnia odbył się jego pogrzeb i złożenie ciała do podziemi watykańskich pod bazyliką św. Piotra. 3 czerwca 1951 r. Pius XII dokonał uroczystej beatyfikacji sługi Bożego, a w trzy lata później, 29 maja 1954 r., ten sam papież dokonał jego uroczystej kanonizacji.
Ciało św. Piusa X znajduje się w bazylice św. Piotra na Watykanie w kaplicy Ofiarowania Najświętszej Maryi Panny.