Quarto filho do monarca Afonso Henriques, foi baptizado com o nome de Martinho, por haver nascido no dia do santo com o mesmo nome, e não estaria preparado para reinar; no entanto, a morte do seu irmão mais velho, D. Henrique, quando contava apenas três anos de idade, levou à alteração da sua onomástica para um nome mais hispânico, ficando desde então Sancho Afonso.
Em 1170, Sancho foi armado cavaleiro pelo seu pai logo após o acidente de D. Afonso Henriques em Badajoz e tornou-se seu braço direito, quer do ponto de vista militar, quer do ponto de vista administrativo.
Nestes primeiros tempos de Portugal enquanto país independente, muitos eram os inimigos da coroa, a começar pelo reino de Castela e Leão que havia controlado Portugal até então. Para além do mais, a Igreja Católica demorava em consagrar a independência de Portugal com a sua bênção. Para compensar estas falhas, Portugal procurou aliados dentro da Península Ibérica, em particular o reino de Aragão, um inimigo tradicional de Castela, que se tornou no primeiro país a reconhecer Portugal. O acordo foi firmado em 1174 pelo casamento de Sancho, então príncipe herdeiro, com a infanta Dulce Berenguer, irmã mais nova do rei Afonso II de Aragão.
No ano de 1178, D. Sancho faz uma importante expedição contra mouros, confrontando-os cerca de Sevilha e do rio Guadalquivir, e ganha-lhes a batalha. Com essa acção, expulsa assim a possibilidade deles entrarem em território português.
Com a morte de Afonso Henriques em 1185, Sancho I torna-se no segundo rei de Portugal. Tendo Coimbra como centro do seu reino, Sancho deu por finda as guerras fronteiriças pela posse da Galiza e dedicou-se a guerrear os Mouros localizados a Sul. Aproveitou a passagem pelo porto de Lisboa dos cruzados da terceira cruzada, na primavera de 1189, para conquistar Silves, um importante centro administrativo e económico do Sul, com população estimada em 20.000 pessoas. Sancho ordenou a fortificação da cidade e construção do castelo que ainda hoje pode ser admirado. A posse de Silves foi efémera já que em 1190 Abu Yusuf Ya'qub al-Mansur cercou a cidade de Silves com um exército e com outro atacou Torres Novas, que apenas conseguiu resistir durante dez dias, devido ao rei de Leão e Castela ameaçar de novo o Norte
Sancho I dedicou muito do seu esforço governativo à organização política, administrativa e económica do seu reino. Acumulou um tesouro real e incentivou a criação de indústrias, bem como a classe média de comerciantes e mercadores. Sancho I concedeu várias cartas de foral principalmente na Beira e em Trás-os-Montes: Gouveia (1186), Covilhã (1186), Viseu (1187), Bragança (1187), etc, criando assim novas cidades, e povoando áreas remotas do reino, em particular com imigrantes da Flandres e Borgonha. O rei é também lembrado pelo seu gosto pelas artes e literatura, tendo deixado ele próprio vários volumes com poemas. Neste reinado sabe-se que alguns portugueses frequentaram universidades estrangeiras e que um grupo de juristas conhecia o Direito que se ministrava na escola de Bolonha. Em 1192 concedeu ao mosteiro de Santa Cruz 400 morabitinos para que se mantivessem em França os monges que lá quisessem estudar.
O seu túmulo encontra-se no Mosteiro de Santa Cruz, em Coimbra, ao lado do túmulo do pai.
