Родился в еврейской семье врача, владельца аптеки Янкеля Бриллианта. Мать — Фаня Розенталь, дочь купца первой гильдии. Братья Владимир (умер в эмиграции) и Михаил (погиб на Колыме).
Окончил 5-ю московскую классическую гимназию. Учился на юридическом факультете Московского университета, который не закончил из-за своей революционной деятельности. Окончил юридический факультет и курс доктората в области экономики Сорбонны (1914). Владел шестью языками.
В 1905 вступил в Российскую социал-демократическую рабочую партию (большевиков) — РСДРП(б). Участвовал в революционных событиях 1905—1907, в том числе в восстании в Москве в декабре 1905. Являлся партийным пропагандистом в Городском районе, затем входил в состав Сокольнического райкома РСДРП и Военно-технического бюро при московском комитете партии.
Осенью 1907 арестован, в феврале 1909 приговорён к ссылке на вечное поселение, которую отбывал в селе Рыбном Енисейской губернии. Однако уж через шесть недель после прибытия в это село бежал из ссылки, а вскоре выехал за границу. Поселился во Франции, совмещал учёбу в университете с журналистской деятельностью (участием в издании газеты «За партию» и заведованием рабочим клубом «Пролетарий».
Негативно относился к Первой мировой войне. Жил в Швейцарии, где организовал бюро заграничных групп большевиков-партийцев, работал в Швейцарской социал-демократической партии. Последовательно придерживался «интернационалистических» позиций, близких к точке зрения В. И. Ленина, вместе с которым вернулся в Россию после Февральской революции в «пломбированном вагоне» (апрель 1917). Очень быстро стал одним из лидеров московских большевиков, с апреля 1917 — член московского комитета РСДРП(б) и фракции большевиков в исполкоме Моссовета. Выступал с резкой критикой в адрес Временного правительства, меньшевиков и эсеров, считая возможным объединение лишь с близкими к большевикам социал-демократами-интернационалистами. Составил проект новой программы большевистской партии.
На VI съезде РСДРП(б) (июль — август 1917) был избран членом центрального комитета партии. Входил в состав исполкома Петроградского совета рабочих и солдатских депутатов и ВЦИК Советов. Являлся членом политического бюро ЦК большевистской партии, созданного для подготовки вооружённого восстания против Временного правительства. После прихода к власти большевиков был членом ВЦИК нового состава, редактором газеты «Правда».
С ноября 1917 руководил национализацией банковской системы страны в качестве помощника комиссара Государственного банка на правах товарища управляющего, руководителя Комиссариата бывших частных банков, члена коллегии Народного комиссариата финансов (Наркомфина). Автор проекта декрета о национализации банков. В ноябре 1917 также вошёл в состав делегации, которая была направлена в Брест-Литовск для переговоров о перемирии. После отказа Льва Троцкого от руководства делегацией в Брест-Литовске, сменил его на этом посту и 3 марта 1918 подписал Брестский мир от имени большевиков (Советской России).
В мае-июне 1918 — член президиума Высшего совета народного хозяйства, работал в газете «Правда».
В июне 1918 вёл переговоры в Берлине по экономическим и правовым вопросам, связанным с Брестским миром.
С 1918 находился на фронтах Гражданской войны, был членом Реввоенсовета 2-й и 9-й армий, Южного фронта. В 1919—1920 — командующий 8-й армией: не имевший военного образования и опыта самостоятельного командования Сокольников был назначен на этот пост для укрепления доверия личного состава к начальству, после того, как часть работников штаба в условиях наступления Вооружённых сил Юга России дезертировали, а некоторые из них перешли на сторону белых. Показал себя хорошим организатором — под его командованием армия перешла в контрнаступление, совершила тяжёлый переход от Воронежа до Ростова-на-Дону, завершившийся взятием этого города. Затем она, совершив быстрый обходной манёвр, вышла к Новороссийску, что означало окончательное поражение деникинской армии. За военные заслуги был награждён орденом Красного Знамени.
Занимая посты в Красной армии, Сокольников негативно относился к политике «расказачивания», проводимой рядом партийных и советских работников и направленной на уничтожение казачества. Поддерживал казачьего красного командира (бывшего войскового старшины) Филиппа Миронова, которого взял под защиту после приговора к расстрелу по обвинению в восстании против советской власти. Последовательный противник «партизанщины», сторонник строительства Красной армии на регулярной основе с использованием военных специалистов. Так ещё в 1919 году выступая на VIII съезде РКП(б) Сокольников смело указал на положительное влияние, которое оказывают военспецы в работе военного комиссариата.
В 1920 — командующий Туркестанским фронтом, председатель Туркестанской комиссии ВЦИК и СНК и председатель Туркбюро ЦК ВКП(б). Руководил утверждением советской власти в Туркестане, борьбой с «басмаческим» движением, проведением в короткие сроки в Туркестане денежной реформы — заменой местных обесцененных денежных знаков (туркбон) на общесоветские деньги. Во время его работы в регионе была отменена продразвёрстка (раньше, чем в целом по стране), которая была заменена продналогом, разрешена свободная торговля на базарах, освобождены из тюрем представители исламского духовенства, заявившие о своей политической лояльности. Позднее аналогичный набор мер был реализован в общероссийском масштабе в рамках НЭПа («Новой экономической политики»), одним из главных проводников которого позднее был Сокольников.
Практически весь 1921 не участвовал в активной политической деятельности из-за тяжёлой болезни, находился на лечении в Германии, где ему была сделана операция.
Вернулся к работе осенью 1921, когда был назначен членом коллегии Наркомфина, в 1922 стал заместителем народного комиссара финансов и фактически возглавил это ведомство (нарком, Николай Крестинский, одновременно был полпредом РСФСР в Германии и постоянно находился в Берлине). В этот период страна переживала финансовый кризис, к 1921 рубль по сравнению с довоенным временем обесценился в 50 тысяч раз, средние цены на товары увеличились более чем в 97 тысяч раз. Осенью 1922 Сокольников официально стал наркомом финансов РСФСР, а после образования народного комиссариата финансов СССР в июле 1923 возглавил это учреждение (занимал пост наркома финансов СССР до января 1926).
Летом 1922 участвовал в Гаагской конференции. В 1923—1924 руководил проведением денежной реформы, последовательный приверженец создания устойчивой валюты. Опирался в проведении финансовой политики на профессионалов, в том числе на специалистов из государственного аппарата царской России и учёных. Во время его пребывания на посту наркома в СССР была введена в обращение твёрдая валюта — «червонец», приравненная к 10-ти рублёвой золотой монете царской чеканки и обеспеченная на 25 % своей стоимости золотом, другими драгоценными металлами и иностранной валютой и на 75 % — легко реализуемыми товарами и краткосрочными обязательствами. Весной 1924 в обращение поступили казначейские билеты. Началась чеканка серебряной разменной и медной монеты. В 1925 советский червонец официально котировался на биржах ряда стран (в том числе Австрии, Турции, Италии, Китая, Эстонии, Латвии, Литвы), а операции с ним проводились в Великобритании, Германии, Голландии, Польше, США и многих других странах.
Во время пребывания Сокольникова на посту наркома финансов была создана система банковских учреждений во главе с Государственным банком, начали проводиться государственные кредитные операции (краткосрочные и долгосрочные займы), ликвидировано натуральное налоговое обложение и создана система денежных налогов и доходов, созданы Госстрах и государственные трудовые сберкассы, дифференцированы государственный и местные бюджеты, выработаны нормы советского бюджетного права, введены финансовая дисциплина и отчётность. Таким образом, в СССР была создана нормальная финансовая система.
Сторонник жёсткой финансовой политики, противник нереальных хозяйственных планов и ускоренного развития промышленности с помощью инфляционных механизмов, которое могло привести к крушению национальной валюты. Приверженец «медленного, постепенного и осторожного осуществления социализма на деле». Заявлял, что
Рассматривал советскую экономику как часть мирового хозяйства. Полагал, что
В июне 1924 — декабре 1925 — кандидат в члены Политбюро ВКП(б). В 1925—1926 участвовал в деятельности «новой оппозиции» в партии, лидерами которой были Лев Каменев и Григорий Зиновьев, выступал за коллективное руководство партией, высказывал сомнения в необходимости сохранения поста генерального секретаря ЦК ВКП(б), который занимал Иосиф Сталин.
После поражения оппозиции отошёл от неё, потеряв пост наркома финансов, при этом сохранив возможность занимать значимые посты в государственном аппарате, но утратив реальное политическое влияние. В 1926—1928 — заместитель председателя Госплана СССР. В 1928—1929 — председатель Нефтесиндиката. В 1929—1932 — полпред (посол) СССР в Великобритании, с 1932 — заместитель народного комиссара иностранных дел. В 1930 утратил пост члена ЦК партии, будучи переведён в кандидаты в члены ЦК. В январе 1934 был подвергнут резкой критике на Московской партийной конференции за «ошибки в области индустриализации» — в частности, Лазарь Каганович заявил, что простая колхозница политически грамотнее «учёного» Сокольникова.
В 1935 был назначен на пост первого заместителя наркома лесной промышленности СССР, что выглядело явным понижением по сравнению с теми должностями, которые он занимал ранее.
26 июля 1936 года арестован по делу «Параллельного антисоветского троцкистского центра», в том же месяце опросом исключён из состава кандидатов в члены ЦК и из партии. Во время следствия, как и другие обвиняемые, был подвергнут сильному давлению; в то же время Сокольникову, по некоторым данным, обещали, что его жена Галина Серебрякова останется на свободе и сможет заниматься писательской деятельностью (обещание выполнено не было). Об этом свидетельствуют воспоминания Серебряковой о том, что её мать вызвали на Лубянку и принудили написать письмо Сокольникову о том, что с её дочерью всё в порядке. В результате на открытом судебном процессе был вынужден признать свою вину и 30 января 1937 года приговорён к 10 годам тюрьмы.
По официальной версии 21 мая 1939 убит заключёнными в Верхнеуральском политизоляторе.
В Тобольскую тюрьму, где сидел Сокольников, приехал оперуполномоченный секретно-политического отдела Шарок, и они вместе с начальником тюрьмы Флягиным и бывшим сотрудником НКВД, который был осужден по Кировскому делу, Лобовым, убили 21 мая 1939 года Сокольникова.
12 июня 1988 Григорий Сокольников был посмертно реабилитирован Пленумом Верховного суда СССР. 16 декабря того же года Комиссией партийного контроля при ЦК КПСС восстановлен в КПСС.
Был женат трижды, официально оформив лишь последний брак. В каждом браке родилось по одному ребёнку.
В течение долгих лет имя Сокольникова упоминалось в советской исторической литературе в негативном контексте (как «оппозиционера»), его труды не переиздавались, роль в проведении денежной реформы замалчивалась. Ситуация изменилась после официальной реабилитации Сокольникова в 1988. В ряде историко-экономических работ высоко оценивалось его участие в проведении НЭПа, в 1991 вышел в свет сборник экономических работ Сокольникова.
В последующие годы он воспринимался как пример успешного руководителя финансового ведомства, выступающего с ярко выраженных антиинфляционных позиций. Так, либеральный экономист Борис Фёдоров, будучи министром финансов в 1990-е годы, поместил в своей приёмной табличку с лозунгом Сокольникова: «Эмиссия — опиум для народного хозяйства». В 2006 был переиздан один из основных трудов Сокольникова — «Финансовая политика революции».
Б. Г. Бажанов писал о Сокольникове:
Как отмечалось выше, в течение своей жизни Сокольников оказывал посильную помощь и поддержку многим бывшим военспецам. Одним из примеров может послужить военспец Г. Горчаков, оказавшийся без средств к существованию после увольнения из РККА. Тогда, благодаря вмешательству Сокольникова беспартийный специалист был устроен на работу в Наркомфин.