Giuseppe (Józef) 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.
Za pieniądze kardynała Jakuba Monico Józef podjął studia w seminarium w Padwie. Przebywał tam 8 lat (1850-1858). W tym czasie zmarł jego ojciec (1852) i była obawa, że Józef będzie musiał przerwać studia, aby pomagać matce. Matka jednak zdecydowała się dorabiać krawiectwem, aby synowi nie przerywać studiów. Święcenia kapłańskie Józef otrzymał 18 września 1858 r.
Pierwszą placówką młodego kapłana była kapelania w Tombolo. Wyróżniał się tam jako doskonały kaznodzieja. Dlatego zapraszano go chętnie z kazaniami z różnych okazji. Swoje kazania przygotowywał bardzo starannie, każde z nich zapisując. Budował wiernych pobożnością i gorliwością kapłańską. Opiekował się ubogimi. Po 9 latach (1858-1867) biskup przeznaczył go na proboszcza do Salvano. Tu 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. Józefa Sarto swoim kanclerzem (1875). Po śmierci biskupa został wybrany na wikariusza kapitulnego diecezji (1882).

 

W 1884 r. papież Leon XIII mianował ks. Sarto biskupem Mantui i sam udzielił mu sakry biskupiej. Jako pasterz diecezji Józef umiał być kochającym i życzliwym dla wszystkich ojcem, ale bywał także stanowczy, kiedy tego wymagała chwała Boża. Sam przyświecał swojemu duchowieństwu przykładem modlitwy, ubóstwa i gorliwości kapłańskiej. Baczną uwagę zwrócił na seminarium duchowne, by mogli stąd wychodzić odpowiednio przygotowani do przyszłej misji kapłani. Osobiście zwizytował wszystkie kościoły i parafie diecezji, by się przekonać naocznie o ich potrzebach materialnych i duchowych. Na zakończenie wizytacji zwołał synod diecezjalny (1888), którego nie było od 250 lat. W 1891 roku urządził wielkie uroczystości w 300-lecie śmierci św. Alojzego Gonzagi, który pochodził z Mantui.
W 1892 r. zmarł patriarcha Wenecji, kardynał Dominik Agostini. Leon XIII wyznaczył na jego miejsce biskupa Józefa Sarto. W trzy dni potem nowy patriarcha Wenecji otrzymał nominację na kardynała Kościoła. Całe swoje doświadczenie i gorliwość oddał do usług nowej archidiecezji. Rozwinął więc akcję katechizacji, by ją postawić na poziomie i ożywić ją we wszystkich parafiach oraz rektoratach swojej metropolii. W seminarium oprócz teologii dogmatycznej i moralnej wprowadził studia biblijne, historię Kościoła i ekonomię społeczną. Rozpoczął akcję oczyszczania muzyki kościelnej z elementów świeckich, jakie powszechnie wówczas wdarły się do liturgii. Pomagał mu w tym znany muzyk, Wawrzyniec Perosi. W roku 1895 zorganizował uroczystości jubileuszu 800-lecia konsekracji bazyliki św. Marka. W roku 1900 celebrował rocznicę 100-lecia konklawe, na którym w Wenecji został wybrany papieżem Pius VII. Jako patriarcha Wenecji mawiał do swoich kapłanów: "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 r. zmarł wielki papież Leon XIII. 62 kardynałów po siódmym głosowaniu w dniu 4 sierpnia wybrało na jego następcę kardynała Józefa 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 E supremi apostolatus, w której wyłożył program swojego pontyfikatu: odnowić wszystko w Chrystusie (instaurare 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 (1917). 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 nie obsadzonych 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. 28 czerwca 1914 r. padł w Sarajewie od kuli zamachowca następca tronu Austro-Węgier, Franciszek Ferdynand. Wojna wisiała na włosku. 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. Jest on czczony jako patron esperantystów.

W ikonografii św. Pius X przedstawiany jest w stroju papieskim.