Себастьяно учился сначала у Джованни Беллини, а затем у Джорджоне. В 1511 он приехал в Рим, где вместе с Рафаэлем и его учениками участвовал в украшении фресками виллы Фарнезина по заказу сиенского банкира Агостино Киджи. В 1515 Себастьяно познакомился с Микеланджело и стал его учеником и помощником. С этого времени он начинает подражать стилю Микеланджело, который в его поздних работах приобретает все больше маньеристических черт. Кисти Себастьяно дель Пьомбо принадлежит множество портретов. Среди его картин на религиозные сюжеты Воскрешение Лазаря (1517–1519, Лондон, Национальная галерея) и Мученичество св. Агаты (1520, Флоренция, палаццо Питти). В своей живописи ему удалось сочетать богатство венецианского колорита со скульптурностью и монументальностью форм, присущих произведениям мастеров римской школы.