Llicenciat en ciències econòmiques per la Universidad Complutense de Madrid (1995), el 2012 es doctorà per la Universidad Camilo José Cela, on exerceix la docència des del 2008. Afiliat al Partido Socialista Obrero Español el 1993, fou assessor al Parlament Europeu (1998) i cap de gabinet de l’Alt Representant de les Nacions Unides a Bòsnia durant la guerra de Kosovo (1999). Del 2000 al 2004 treballà com a directiu de l’OCU i a la Comissió Econòmica i Financera del PSOE. Regidor de l’Ajuntament de Madrid (2004-09) i diputat al Congrés (2009-11 i des del 2013). Fou el primer secretari general del PSOE elegit en unes eleccions primàries, càrrec en el qual substituí Alfredo Pérez Rubalcaba a partir del 26 de juliol de 2014.
Enfrontat al repte de conservar l’hegemonia de l’esquerra (disputada per primera vegada des del 1978) i arrabassar la majoria de govern al Partido Popular, en les eleccions generals del 20 de desembre de 2015 i del 15 de juny de 2016 aconseguí mantenir el PSOE com a segona força al Parlament espanyol. Tanmateix, la capacitat de construir un govern alternatiu restà molt afectada per uns resultats força allunyats del PP (90 i 85 diputats del PSOE enfront de 123 i 137 del PP al Congrés dels Diputats). En un escenari de greu crisi econòmica, un sistema de partits degradat per la corrupció, l’ascens de l’independentisme català i una paràlisi institucional provocada per una fragmentació política inèdita, el seu lideratge esdevingué progressivament qüestionat per poderosos sectors del partit. Per tal de mantenir-lo, el setembre del 2016 anuncià la celebració d’eleccions primàries, però en el curs d’una convulsa sessió del comitè federal celebrada l’1 d’octubre, l’òrgan de govern del PSOE aturà la proposta i forçà la dimissió de Sánchez, el qual fou substituït per una gestora provisional. A finals de mes renuncià l’escó al Congrés. Tanmateix, en les primàries del maig del 2017 presentà la candidatura a la secretaria general del partit, que guanyà clarament amb poc més del 50% dels vots, per davant dels seus rivals Susana Díaz i Patxi López. Molt bel·ligerant contra l’independentisme català, feu costat a l’aplicació de l’article 155 de la Constitució espanyola a Catalunya. Tanmateix, després de les condemnes del “cas Gürtel” contra alts càrrecs del PP, presentà al capdavant del PSOE i amb el suport de Podemos, ERC, el PDeCAT, Compromís, EH-Bildu i el PNB una moció de censura que feu caure el govern Rajoy (1 de juny de 2018). Fou investit president del govern espanyol el dia següent.
Al capdavant d’un govern en minoria, el febrer del 2019 hagué de convocar eleccions anticipades en no obtenir els suports parlamentaris per aprovar els pressupostos. Els resultats de les eleccions del 28 d’abril situaren el PSOE com a primera força al Congrés. Lluny, tanmateix, de la majoria absoluta, no aconseguí els suports necessaris per a la investidura, cosa que l’obligà a convocar noves eleccions per al 10 de novembre, que donaren uns resultats similars. Obtingué la presidència en segona volta per una majoria justa, després de pactar amb Unidas Podemos el primer govern de coalició de la monarquia parlamentària i d’obtenir l’abstenció d’ERC a canvi de qualificar el conflicte de l’Estat espanyol amb l’independentisme català de “polític” i d’un compromís de diàleg (que no incloïa els presos polítics ni l’autodeterminació). Fou investit el 7 de gener de 2020.
La davallada en els resultats del PSOE en les eleccions municipals i autonòmiques del 28 de maig de 2023, feu que Sánchez anunciés l’avançament de les eleccions legislatives per al 23 de juliol. Els resultats donaren la victòria al PP (137 escons) enfront del PSOE (121 escons), i el candidat del PP Alberto Núñez Feijóo fou nomenat candidat a la presidència. Al setembre, la investidura de Feijóo fou rebutjada per 176 vots en contra i 172 a favor, i a l’octubre Sánchez fou nomenat nou candidat a la presidència. El mateix octubre, Sánchez feu un pacte d’investidura amb la líder de Sumar, Yolanda Díaz, i després de nombroses negociacions amb Esquerra Republicana i amb Junts per Catalunya, amb els quals negocià una llei d’amnistia per a les persones encausades per fets relacionats amb el procés independentista des de l’1 de gener de 2012, el 16 de novembre fou reelegit president del govern amb 179 vots a favor.