Giuseppe Melchiorre Sarto egyszerű emberek gyermekeként, egy kis faluban született. Tizenkét éves korától naponta a hét kilométerre lévő Castelfrancóba járt iskolába. Később a páduai szemináriumban kapott helyet, hogy befejezhesse gimnáziumi tanulmányait. Ugyanitt hallgatta a teológiát.
1858-ban szentelték pappá Castelfrancóban. Buzgó lelkipásztorként működött, előbb mint káplán Tombolóban, majd plébánosként Salzanóban. Egyszerűség, szegénység és az erősség erénye jellemezte. Magát „jó vidéki plébánosnak” tartotta, és ezzel a lelkülettel közeledett másokhoz.
Később Trevisóban kanonok, szemináriumi tanár és a püspök általános helynöke lett. Ötvenéves volt, amikor XIII. Leó pápa 1884-ben kinevezte mantovai püspökké. Tíz évvel később, 1894-ben velencei pátriárka és bíboros lett, 1903. augusztus 4-én megválasztották pápának. A X. Piusz nevet vette fel.
Elődje, XIII. Leó pápa (1878–1903) érdeklődése főleg az egyház külső életére irányult, különösen az egyházi hagyomány és a modern világ közötti összhang megtalálása érdekében. X. Piusz ezzel szemben minden erejével az egyház belső megújulásáért igyekezett tenni.
Egyik legjelentősebb műve az egyházjog kodifikációja – igaz, a mű csak utóda, XV. Benedek pápa alatt lett teljes. E kodifikáció nem csupán a túlságosan felduzzadt jogszabályhalmaz rendszerezését és egyszerűsítését jelentette, hanem azt is, hogy a jogot a megváltozott körülményekhez alkalmazzák. Első reformként a pápai udvar, a kúria átszervezéséhez fogott hozzá. Ősrégi hivatali szokások megszüntetésével egyszerűsítette az ügymenetet, bizonyos munkaköröket újra meghatározott, és az egész kúriát az egyszerűség felé mozdította ki évszázados mozdulatlanságából. Alapgondolata az volt, hogy a római egyházmegyének mintaként kell szolgálnia a többi püspökség számára. Látogatásaival sikerült megszüntetnie a visszaéléseket.
Szívügye volt a papok megszentelődése. A belső megújulás egyre szélesebb körben kezdett hatni: az itáliai püspökök egymás után látogatták végig az egyházmegyéjüket.
A joghoz hasonló bizonytalanságok és áttekinthetetlenség uralkodott a liturgiában is. X. Piusznak már velencei pátriárka korában gondja volt az egyházi zene ápolására, különös figyelmet szentelt a gregorián éneknek. Rómában egyházi zenei főiskolát nyitott, és a liturgia kérdéseinek tisztázása érdekében újra kiadta a római misekönyvet és breviáriumot.
A szentírástudomány felélesztése céljából megalapította a Biblikus Intézetet, a bencéseket pedig megbízta a Vulgata új, kritikai kiadásának elkészítésével.
Az úgynevezett modernizmus irányzatban különös veszedelmet észlelt. Amikor ezt az egyház hagyományos tanításától eltérő tant megbélyegezte, határozott és hajthatatlan volt. A modernizmus elleni küzdelme azonban azt a benyomást keltette, hogy az egyház eleve mindennel szembeszegül, ami modern a kultúrában és a szellemi életben. 1910-ben elrendelte az antimodernista esküt.
Gondolkodásában a vallási élet foglalta el a központi helyet, a politikát csupán szükséges rossznak tekintette. Távol akarta tartani az egyházat az állammal való összefonódástól, sőt a két terület minél szigorúbb szétválasztására törekedett.
Igazi lelkipásztor volt, Vianney János volt a példaképe. Ahol csak tehette, kereste az emberek közelségét, és értett hozzá, hogyan kell az egyszerű hívek nyelvén szólni.
1913-ban szívrohamot kapott, amely után nem épült fel teljesen. A háború kitörése nagyon megviselte, és egyre romlott az állapota. Szívrohamban hunyt el.
