Джузеппе Мелькиоре Сарто родился 2 июня 1835 года в Риезе, близ Тревизо. Был сыном почтальона и портнихи. Учился в католических семинариях в Тревизо и Падуи. В 1858 году принял сан священника и служил в Венеции. В 1875 году назначен ректором семинарии в Тревизо. В 1884 году стал епископом Мантуи. Лев XIII вручил ему в 1893 году кардинальскую шапку и в 1897 году назначил его патриархом Венеции.
После смерти Льва XIII ход конклава был нарушен вмешательством архиепископа Краковского кардинала Яна Пузины, который от имени австрийского императора наложил вето на кандидатуру Рамполлы, получившего в ходе голосования 31 голос (Пий X - 5 голосов). Выборщики выразили свое недовольство, но подчинились воле императора. 4 августа 1903 года 50 голосами папой был избран патриарх Венеции, города, в котором влияние Австрии было весьма значительным. Сев на трон Святого Петра, Пий Х назначил кардинала Мерри дель Валя государственным секретарем Ватикана. Он значительно превосходил новоизбранного папу политическим опытом и умением ориентироваться в хитросплетениях дипломатических отношений. Мерри дель Валь считался с влиянием и придерживался консервативных тенденций.
В области социальных отношений и церковной дисциплины он был сторонником твердой руки. Когда после принятия французским парламентом «Закона об отделении церкви от государства» (9 декабря 1905) обострились отношения апостольской столицы с Францией, Мерри дель Валь склонил Пия Х занять непримиримую позицию, даже ценой значительного обнищания французского духовенства. Другой проблемой, которая привлекла внимание Пия Х и его сотрудников, было новое философско-религиозное течение, называемое модернизмом и провозглашавшее необходимость обновления католической идеологии и приспособления её содержания и языка к образу мыслей человека XX века. О реформе думал уже Лев XIII, но его программа была сосредоточена на возрождении традиции средневековой схоластической философии.
Модернисты искали вдохновение в современной философии. Пий Х не отошёл от программы своего предшественника и 8 сентября 1907 торжественно осудил модернистов. Началось инспирированное Ватиканом суровое гонение на модернистов: в ереси подозревался каждый представитель духовенства, который хоть единым словом выразил свою симпатию в отношении модернизма. По инициативе папы была создана специальная организация, которая занималась собиранием информации и доносов, на основе которых церковная инквизиция карала подозреваемых в «новой ереси». Смерть Пия Х и начало Первой мировой войны ослабили этот поворот к средневековым методам инквизиции, но борьба ватиканских учреждений с попытками осовременить мысль и структуру католицизма продолжалась до II Ватиканского собора (1962—1965). Пий XII в 1951 возвел Пия Х в ранг блаженных, а в 1954 объявил его святым.
Имя Пия X, активно боровшегося против модернизма, носит оппозиционное Ватикану Священническое братство св. Пия Х, основанное архиепископом Марселем Лефевром и не признающее изменений в богослужении, принятых II Ватиканским собором; с 1988 оно находится вне молитвенного общения с Ватиканом.
Однако 21 января 2009 года было отменено отлучение епископов Бернара Фелле, Бернара Тиссье де Маллерэ, Ричарда Уильямсона и Альфонсо де Галарреты
В обхождении был демократичен. Своих гостей любезно усаживал в кресла. Перебравшись в Ватикан, Пий X нисколько не изменил своих провинциальных привычек. Как и до этого он продолжал пользоваться дешевенькими часами-луковицей, писать обыкновенной канцелярской ручкой, причем чистил перо о манжеты своей белоснежной сутаны, отчего они всегда были измазаны чернилами.
Пий X вошёл в историю как первый Папа, увидевший кинофильм. Это была короткометражная лента о реконструкции колокольни Св. Марка в Венеции. Фильм очень понравился Папе, он смотрел его множество раз, узнавал в кадрах друзей и знакомых, тыкал в них пальцем, громко выкрикивал их имена, смеялся, одним словом, вовсю наслаждался зрелищем.