Fils d’un tailleur du nom d’Agnolo de Francesco et de Costanza de Silvestro, elle-même fille d’un tailleur, à 7 ans il devient apprenti d’un orfèvre. Ensuite il entre en apprentissage dans l’atelier du peintre et sculpteur sur bois Gian Barile qui, au vu de ses considérables progrès, le confia à l’atelier de Piero di Cosimo. Il ira plus tard chez Raffaellino del Garbo.
Il est admis le 12 décembre 1508 dans la corporation des peintres, l’Arte dei Medici e degli Speziali, et de cette année datent ses premières œuvres.
Andrea et son ami plus âgé Franciabigio décident d’ouvrir un atelier ensemble sur la Piazza del Grano. Leur première œuvre fut le Baptême du Christ pour la congrégation florentine Scalzo, le début d’une longue série de fresques monochromes en grisaille. Avec le temps leur association se dissout et le style de Andrea del Sarto se développera individuellement à partir de cette date.
Les moines du couvent de la Santissima Annunziata, lui commande de finir, avec Franciabigio et Andrea Feltrini, les fresques commencées en 1460 par Alesso Baldovinetti, poursuivies ensuite par Cosimo Rosselli. Ils lui confient en 1509 le soin d’exécuter les cinque Storie di miracoli di san Filippo Benizzi, qu’il achève 1 an après dans la Loggia dei Servi di Maria.
À la fin de 1517 ou au début de 1518, il épousa Lucrezia del Fede, qu’il connaît depuis plusieurs années et qu’il a déjà utilisée comme modèle et qui continuera de l’être dans de nombreux tableaux.En 1518, il effectue un passage en France au service de François 1er, avec son élève Andrea Squarzzella, laissant son épouse à Florence. Il avait déjà réalisé pour le roi de France la Madonna col Bambino, santa Elisabetta e san Giovannino et La Charité du Louvre.
Pendant son séjour, son épouse Lucrezia lui enjoint de revenir vers l’Italie.
Le roi approuva, mais seulement à condition que son absence de France soit courte, et il confia à Andrea un montant d’argent à dépenser pour lui acheter des œuvres d’art. Rentré à Florence, au lieu de cela, il se laissa tenter par la construction d’une maison dans la ville. Cela amena un conflit avec François 1er qui refuse de réintégrer Andrea dans sa cour.
En 1520 son travail fut localisé à Florence, où il exécuta Foi et Charité au cloître du Scalzo, suivi par la Danse de la fille d’Hérode, le décollation de saint Jean Baptiste, La présentation de la tête de saint Jean à Hérode, une Allégorie de l’Espoir, l’Apparition des anges à Zacharie en 1523.
Il rénova les traditionnelles images des Pietà florentines visibles dans les compositions de Vienne et du Palais Pitti, cette dernière, inspirée de la Pietà de Fra Bartolomeo, était initialement pour le monastère San Piero a Luco, dans le Mugello, où Andrea s’était réfugié en 1523 pour échapper à l’épidémie de peste qui sévissait à Florence. Il meurt de la peste en 1531.