Giuseppe Sarto urodził się 2 czerwca 1835 roku w Riese, niedaleko Wenecji. Jego ojciec był wiejskim listonoszem, a matka szwaczką. Do szkoły podstawowej uczęszczał w rodzinnej wiosce. Mając dziesięć lat przyjął sakrament bierzmowania, a dwa lata później pierwszą Komunię św.
W 1850 roku rozpoczął naukę w seminarium i po ośmiu latach, mając sam 23, przyjął święcenia kapłańskie. Przez 9 lat był kapelanem w Tombolo, potem od 1867 roku proboszczem w Salvano. W 1875 roku został kanclerzem kurii w Wenecji.
Leon XIII mianował go biskupem Mantui w 1884 roku, a po ośmiu latach ustanowił go patriarchą Wenecji i kardynałem.
Arcybiskup Sarto szeroko rozwinął akcję katechizacji. Do seminarium wprowadził studia biblijne, historię Kościoła i ekonomię społeczną. Starał się też zreformować muzykę kościelną, by oczyścić ją z elementów obcych liturgii. Nie wahał się zachęcać swoich kapłanów do głoszenia głębokich, dotykających serca kazań. Słynne są jego słowa, które skierował do księży, mówiąc:
„Głosicie wiele dobrych kazań. Niektóre zdradzają ogień najcudowniejszej wymowy i przewyższają nawet aktorów gestami i grą twarzy. Ale bądźmy szczerzy. Co mają z tego nasi biedni rybacy? Ile z tego rozumieją służące, robotnicy portowi i tragarze? Można dostać zawrotu głowy od tych hamletycznych salw huraganowych, ale serce, bracia, serce pozostaje puste. Proszę was, bracia, mówcie prosto oraz zwyczajnie, żeby i najprostszy człowiek was zrozumiał. Mówcie z dobrego i pobożnego serca, wtedy traficie nie tylko do uszu, ale i do duszy waszych słuchaczy”.
W 1903 roku zmarł papież Leon XIII. Na nowym konklawe w Kaplicy Sykstyńskiej zebrało się 62 kardynałów. Największe szanse na wybór miał ówczesny sekretarz stanu Mariano Rampolla, ale obecny wśród elektorów biskup krakowski, kardynał Jan Puzyna złożył ekskluzywę, czyli sprzeciw cesarza austriackiego Franciszka Józefa wobec tej kandydatury. Pozostali kardynałowie zaprotestowali wobec ingerencji władz świeckich w wybór papieża, ale po kilku głosowaniach okazało się, że potrzeba było i tak innej osoby. Giuseppe Sarto został wybrany w siódmym głosowaniu. Przyjął imię Pius X.
Po dwóch miesiącach opublikował programową encyklikę swego pontyfikatu, objaśniającą także wybrane hasło: „restaurare omnia in Christo" – odnowić wszystko w Chrystusie. Niedługo potem w konstytucji „Commisium nobis" potępił i zakazał pod karą ekskomuniki ingerencji jakiegokolwiek państwa w formie ekskluzywy i wpływania na wybór nowego papieża.
Był przeciwnikiem idei modernizmu, które uważał za „syntezę wszystkich herezji", a od duchownych zaczęto wymagać przysięgi antymodernistycznej. Zreformował Kurię Rzymską. Rozpoczął prace nad nowym Kodeksem Prawa Kanonicznego. Zreformował śpiew i muzykę kościelną, wykorzystywaną w liturgii, zmodyfikował brewiarz. Założył Papieski Instytut Biblijny. Wprowadził ułatwienia w Komunii św. dla chorych i dopuścił wczesną Komunię św. dzieci.
Zmarł 21 sierpnia 1914 roku. Beatyfikował go i kanonizował w 1954 roku Pius XII. W ikonografii przedstawiany jest w stroju papieskim.