Сигизмунд родился в 1467 году и до вступления на престол носил титул князя Оппельн и Глогау, владея в Силезии землями Глоговской (с 1498) и Опавской (с 1500), где приобрёл репутацию умного и распорядительного правителя. Прозвище Старый получил из-за того, что великим князем литовским и королём польским стал в весьма зрелом возрасте после того, как на польском троне сменились два его старших брата.
Вызванный умиравшим Александром в Вильну, Сигизмунд тотчас же после его похорон был избран великим князем литовским 20 октября 1506, а затем на петроковском сейме 8 декабря 1506 королём польским. Коронован в Кракове 24 января 1507.
Сигизмунд был женат дважды. С 18 февраля 1512 был женат на Варваре Запольской (Барбара Заполья, дочь венгерского князя Стефана Заполья; 1495—1515). От этого брака было две дочери:
После смерти жены с 18 апреля 1518 был женат на Боне Сфорца, дочери миланского герцога. От этого брака родились два сына:
и четыре дочери:
Кроме того, у него были внебрачные дети от Екатерины Охстат-Тельничанки ():
Обеспечив на некоторое время спокойствие государства обещанием ежегодной дани крымскому хану Менгли I Гераю и отправкой посольства к валахскому воеводе Богдану, Сигизмунд приступил к упорядочению внутренних дел страны. Он выкупил коронные имущества, заложенные его предшественниками, удовлетворил войско жалованьем, образовал запасный капитал на разные общественные надобности. В 1512 изданы были новые правила военной обороны государства: Польша (без Литвы) разделена была на пять округов, из которых каждый поочерёдно, в течение пятилетия, нёс военную службу на восточной границе государства; каждый воин должен был содержать себя на собственные средства; отказывавшиеся от службы должны были вносить известный налог; всякое уклонение наказывалось конфискацией имущества.
Другая, не менее важная военно-финансовая реформа проведена была Сигизмундом на сейме 1527: решено было произвести через особые комиссии оценку доходов с земель; сборщикам податей назначено жалованье, чтобы положить предел вымогательствам и казнокрадству; в каждом повете уполномоченный должен был выбирать из среды шляхты годных для военной службы, вести их в указанное место, следить за дисциплиной и выплачивать жалованье. Обе реформы не привились вследствие противодействия высших классов и духовенства. Усиление шляхты выразилось в целом ряде сеймовых постановлений, урезывавших права мещан и селян; в этом отношении особенно важны постановления сеймов 1520 и 1521, в силу которых всякий холоп независимо от ранее данных привилегий обязан был один день в неделю отработать на панской земле. В 1526 состоялось окончательное присоединение Мазовии после смерти последнего из мазовецких Пястов, Януша. В 1529 провозглашен Литовский статут.
Внешняя политика Сигизмунда привела к упадку веса Великого княжества Литовского и Польши в Европе. Война с Великим княжеством Московским, тянувшаяся с переменным успехом и с частыми перерывами с 1512 по 1524, закончилась для ВКЛ утратой Смоленска; после второй войны (1534—1537) отошли к Москве Себеж и Заволочье. Крымские татары, невзирая на обещание дани, не переставали производить опустошительные набеги на южные области Польши. На Венском съезде (1515) Сигизмунд вступил в союз с императором Максимилианом I, который обязался склонить к миру с Польшей Василия III и заставить магистра ордена крестоносцев, Альберта Бранденбургского, принести Сигизмунду ленную присягу. Ни то, ни другое обещание не было исполнено; тогда Сигизмунд начал (1520) войну с орденом, шедшую успешно. Он не сумел, однако, воспользоваться победой и заключил с Альбертом мир, удовольствовавшись принесением со стороны последнего присяги (1525); при этом Сигизмунд дал согласие на преобразование ордена в светское герцогство, чем затруднялось для Польши владычество над побережьем Балтийского моря. В то же время, связанный союзом с Габсбургами, Сигизмунд оставил без протеста присвоение Фердинандом I венгерского и чешского престолов после смерти Людовика II (1526).
Конец царствования Сигизмунда омрачен был интригами и происками королевы Боны, захватившей в свои руки власть, удалившей лучших государственных людей и расхищавшей королевское добро. Злоупотребления аристократии вызвали неудовольствие шляхты, проявлявшееся на многих сеймах и особенно сильно вспыхнувшее во время так называемой петушиной войны (польск. wojna kokosza; 1537): шляхта вследствие объявленного королём посполитого рушенья (всеобщее ополчение) против неприятеля (которого в пределах государства вовсе и не было) собралась в количестве 150 тыс. чел. под Львовом и подала королю грамоту с изложением своих обид и просьб. К разгоравшейся реформации Сигизмунд, уступая духовенству, относился строго.
Был выдающимся меценатом, способствовавшим раннему проникновению искусства Ренессанса в Польшу. В его правление был перестроен королевский замок в Кракове. Имел большую библиотеку, приглашал к своему двору известных скульпторов, архитекторов, живописцев. Его подпись стоит на двух охранных грамотах для восточнославянского первопечатника Франциска Скорины.
Умер в 1548 в Кракове. Похоронен в кафедральном соборе на Вавеле.