Budapesten született 1889. január 20-án. Apja Sík Sándor ügyvéd, anyja Winternitz Flóra, akik mindketten zsidó vallásúként születtek, de még gyermekeik születése előtt katolikus hitre tértek. Testvére volt Sík Endre, aki később a kommunizmus felé fordult, és 1945 után diplomata, majd külügyminiszter lett. A család Gödöllőn lakott, Sík Sándor ott végezte az elemi iskolát, majd onnét járt be a budapesti piarista gimnáziumba. Az 5. osztály után, 1903-ban jeletkezett a piarista rendbe, így a gimnáziumot, a Vácott töltött novíciátusi év után studensként Kecskeméten fejezte be 1906-ban. Egyetemi tanulmányait a budapesti egyetem bölcsészkarán végreze, magyar–latin szakon. 1910-ben a középiskolai tanári oklevélen kívül doktori diplomát is szerzett. Piarista tanári működését az 1910/1911. iskolai évben Vácott kezdte meg, majd a közvetkező évtől a rend budapesti gimnáziumba kapott beosztást.
Már gimnazista korától kezdve írt verseket, egyetemi éveitől kezdve pedig az Élet című folyóirat rendszeres szerzője lett. Irodalomtörténeti és esztétikai értekezéseket, kritikákat és színműveket is írt. Első verseskötete 1910-ben jelent meg. Fontos szerepet játszott a katolikus pedagógia megújításában. 1913-ban Schütz Antallal együtt népszerű imádságoskönyvet írt a diákok számára, 1912/1913-tól pedig egyik alapítója és irányadója volt a magyar cserkészmozgalomnak, illetve első parancsnoka a budapesti piarista gimnázium cserkészcsapatának. Az első világháború után a katolikus kulturális élet egyik meghatározó alakjává vált. Tagja lett a Szent István Akadémiának (1919), és a Kisfaludy Társaságnak (1923), elnökként vezette 1921 és 1923 között a Magyar Cserkészövetséget, amelynek később tisztelebeli társelnökévé választották. 1920 és 1930 között a Zászlónk diáklap főszerkesztője volt. Alszeghy Zsolttal és másokkal közösen magyar irodalmi és nyelvtani tankönyvsorozatot írt. 1929-ben a szegedi egyetem professzorává nevezték ki, a II. sz. magyar irodalomtörténeti tanszék élére, így Budapestről Szegedre költözött. Egyetemi előadásaiból születtek fontos irodalomtörténeti művei (Pázmány, az ember és író, 1939; Zrínyi Miklós, 1940; Esztétika, 1943). Egyetemi tanítványaival közvetlen kapcsolatot tartott. Baráti tanítványi köréhez tartozott Radnóti Miklós, Ortutay Gyula és Baróti Dezső.
Szegedet 1944 végén, közvetlenül Budapest ostroma előtt hagyta el, és már nem is tért vissza, mert a második világháború után, mint a baloldaliak által is elismert személy, új feladatokat és elismeréseket kapott. 1945-től az Országos Köznevelési Tanács ügyvezető alelnöke, 1946-tól Vigilia irodalmi-teológiai folyóirat főszerkesztője, majd 1947-től a piarista rend magyarországi tartományfőnöke lett. Szintén 1946-ban a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) levelező tagjává választották, 1948-ban pedig megkapta a Kossuth-díjat. A diktatúra egyházellenes politikáját azonban következetesen elutasította, tiltakozott az iskokák államosítása és a fakultatív hitoktatás ellen. 1950-ben – másokkal együtt – kizárták az MTA-ból. Továbbra is szerkeszthette azonban a Vigiliát, mint a diktatúra által egyedül megtűrt, nem baloldali folyóiratot. A budapesti templomokban 1945 és 1961 között tartott ádventi és nagyböjti konferencabeszédeire tömegek voltak kívácsiak. Utolsó éveiben sokat tartózkodott pihenés céljából Mátraszentimrén, majd Klotildligeten. 1963. szeptember 28-án halt meg Budapesten, a Mikszáth Kálmán téri piarista rendházban. Temetése 1963. október 4-én volt a Farkasréti temetőben, de ott sírját 1980-ban fölszámolták, és hamvait a Kerepesi temető újabb piarista sírboltjába (511/A-512/A) szállították.