Sturgeon se narodil jako Edward Hamilton Waldo v roce 1918 na Staten Islandu v New Yorku. Jeho jméno bylo legálně změněno v jedenácti letech po rozvodu jeho matky a jejím novém sňatku s Williamem Dickym ("Argylle") Sturgeonem. "Theodore Sturgeon" bývá občas chybně označován jako pseudonym; ve skutečnosti to bylo jeho zákonné jméno.
Svou první povídku prodal v roce 1938 McClure Syndicate, který koupil většinu jeho raných (nefantastických) prací; o rok později se poprvé objevil v žánrovém časopise Astounding Science Fiction s povídkou "Ether Breather". Zpočátku psal hlavně povídky, především pro žánrové časopisy jako Astounding a Unknown, ale také pro všeobecně zaměřené publikace jako Argosy Magazine. Když dvě jeho povídky vyšly ve stejném čísle Astoundingu, používal pseudonym "E. Waldo Hunter". Několik jeho raných povídek bylo podepsáno "Theodore H. Sturgeon".
Sturgeon je duchovním autorem detektivního románu Elleryho Queena The Player on the Other Side (Hráč na druhé straně, Random House, 1963). Tento román si získal pochvalu kritiků od H. R. F. Keatinga, který "už téměř dopsal knihu Crime and Mystery: the 100 Best Books, do níž jsem zařadil i Hráče na druhé straně... a zařadil ji tak do kánonu Queenových", když se dozvěděl, že ji napsal Sturgeon. Podobně "William DeAndrea, autor a ... držitel ocenění Mystery Writers of America, vybírající pro časopis Armchair Detective svých deset nejoblíbenějších detektivek, vybral jako jednu z nich Hráče na druhém břehu". Řekl: "Tato kniha změnila můj život ... a udělala ze mě nadšeného fanouška detektivek (a tedy nakonec i spisovatele detektivek). ... Kniha musí být "jedním z nejobratnějších pastišů v dějinách literatury". Úžasné dílo, ať už ho vytvořil kdokoli'."
Sturgeon napsal scénáře k epizodám Star Treku "Shore Leave" (1966) a "Amok Time" (1967, později vydáno jako "Fotonovel" v roce 1978). Druhý jmenovaný je známý svým vynálezem pon farr, vulkánského pářícího rituálu, prvním použitím věty "Žij dlouho a dobře" a prvním použitím symbolu vulkánské ruky. Sturgeon také napsal několik epizod seriálu Star Trek, které nebyly nikdy natočeny. Jedna z nich byla pozoruhodná tím, že poprvé představila Základní směrnici. Napsal také epizodu sobotního ranního pořadu Země ztracených "Pylonový expres" z roku 1975. Dvě Sturgeonovy povídky byly adaptovány pro seriál Nová zóna soumraku. Jedna z nich, "Podnos osamělosti", byla odvysílána v roce 1986 a byla věnována jeho památce. Další povídka, "Včera bylo pondělí", byla inspirací pro epizodu The New Twilight Zone A Matter of Minutes. Jeho novela "Killdozer!" z roku 1944 se stala inspirací pro stejnojmenný film natočený v 70. letech, komiks společnosti Marvel a stejnojmennou alternativní rockovou skupinu.
Ačkoli je Sturgeon mezi čtenáři klasických vědeckofantastických antologií dobře známý (na vrcholu popularity v 50. letech byl nejčastěji antologizovaným žijícím autorem[] ) a mezi kritiky velmi uznávaný (John Clute píše v Encyklopedii science fiction: "Delanyho vliv na autory jako Harlan Ellison a Samuel R. Delany byl zásadní a svým životem a dílem měl silný a obecně osvobozující vliv na poválečnou americkou sf"), mezi širokou veřejností není příliš známý a získal poměrně málo ocenění (i když je třeba poznamenat, že jeho nejlepší díla byla publikována před založením a upevněním předních žánrových cen, zatímco jeho pozdější produkce byla vzácnější a slabší). Byl uváděn jako jeden z hlavních vlivů mnohem slavnějšího Raye Bradburyho. Kurt Vonnegut založil svou postavu Kilgore Trouta na Theodoru Sturgeonovi.[] .
Sturgeon zemřel 8. května 1985 v Eugene ve státě Oregon na plicní fibrózu. Sturgeon žil několik let v sousedním městě Springfield.