Su verdadero nombre era Andrea d'Agnolo, pero recibió el apellido de Sarto por el oficio de su padre: sastre, en italiano sarto. Sus amigos, por su corta estatura, le llamaban Andreino. En 1517 ó 1518 casó con Lucrezia del Fede, que aportó algunas propiedades y una sustanciosa dote y a quien utilizó muchas veces como modelo de sus madonnas. Solamente dos veces salió del ámbito florentino y en ambas por corto espacio de tiempo y con escaso provecho: en 1518 fue a Fontainableau, llamado por Francisco I, donde no llegó a permanecer ni un año; en 1519/20 fue requerido en Roma por León X, pero la muerte de éste frustró el viaje y los proyectos artísticos, aunque le permitió conocer los trabajos de Rafael en las estancias vaticanas.

El 28 de Septiembre de 1530 la peste, desatada en Florencia tras el sitio a que las fuerzas imperiales y papales sometieron a la ciudad, acabó con la vida del pintor. Fue enterrado en la SS. Annunziata, en la iglesia que había decorado con alguna de sus primeras obras y a la que permaneció vinculado artísticamente en varias épocas de su vida.