Sisley è nato a Parigi da ricchi genitori inglesi. Suo padre William Sisley era nel business della seta, e sua madre Felicia Sell amava la musica. Nel 1857, all'età di 18 anni, Sisley fu mandato a Londra per studiare per una carriera negli affari, ma rinunciò dopo quattro anni e tornò a Parigi. Nel 1862 studiò nell'atelier dell'artista svizzero Marc-Charles-Gabriel Gleyre, dove incontrò Frédéric Bazille, Claude Monet e Pierre-Auguste Renoir.
Insieme dipingevano paesaggi all'aperto piuttosto che in studio. Questo li aiutava a catturare gli effetti mutevoli della luce del sole. Questo nuovo approccio portò a dipinti più colorati e più ampi di quelli che la gente era abituata a vedere. All'inizio Sisley e i suoi amici ebbero poche possibilità di mostrare o vendere il loro lavoro. Le loro opere venivano solitamente rifiutate dalla giuria della più importante mostra d'arte in Francia, il Salon annuale. Durante gli anni 1860, però, Sisley era in una posizione migliore di alcuni dei suoi colleghi artisti, perché suo padre gli dava regolarmente dei soldi.
Nel 1866 Sisley iniziò una relazione con Eugénie Lesouezec (1834-1898; conosciuta anche come Marie Lescouezec). Ebbero due figli: il figlio Pierre (nato nel 1867) e la figlia Jeanne (1869). A quel tempo, Sisley viveva non lontano dall'Avenue de Clichy e dal Café Guerbois, il luogo di incontro di molti pittori parigini. Nel 1868 i suoi quadri furono accettati al Salon, ma questo non gli portò alcun successo finanziario o di critica, e nemmeno nessuna delle mostre successive.
La guerra franco-prussiana iniziata nel 1870 fece fallire gli affari del padre di Sisley. L'unico reddito del pittore proveniva dalla vendita delle sue opere. Visse in povertà per il resto della sua vita, poiché il valore dei suoi dipinti aumentò solo dopo la sua morte. Occasionalmente, tuttavia, Sisley sarebbe stato aiutato dai suoi mecenati, il che gli permise, tra le altre cose, di fare alcuni brevi viaggi in Inghilterra. Il primo viaggio fu nel 1874 dopo la prima mostra impressionista indipendente. Il risultato del viaggio fu una serie di quasi 20 dipinti del Tamigi superiore vicino a Molesey. Lo storico dell'arte Kenneth Clark ha detto che questo fu "un momento perfetto dell'impressionismo".
Fino al 1880, Sisley visse e lavorò nella campagna a ovest di Parigi; poi Sisley e la sua famiglia si trasferirono in un piccolo villaggio vicino a Moret-sur-Loing. Questo era vicino alla foresta di Fontainebleau dove i pittori della scuola di Barbizon avevano lavorato all'inizio del secolo. Qui, come ha detto la storica dell'arte Anne Poulet, "i dolci paesaggi con la loro atmosfera in continuo cambiamento erano perfettamente in sintonia con il suo talento. A differenza di Monet, non ha mai cercato il dramma dell'oceano in tempesta o il paesaggio brillantemente colorato della Costa Azzurra". Nel 1881 Sisley fece un altro breve viaggio in Inghilterra.
Nel 1897 Sisley e la sua compagna visitarono il Galles e si sposarono nel Cardiff Register Office il 5 agosto. Rimasero a Penarth, dove dipinse almeno sei quadri del mare e delle scogliere. A metà agosto si trasferirono all'Osborne Hotel sulla penisola di Gower, dove dipinse almeno undici quadri ad olio nella baia di Rotherslade e dintorni. Tornarono in Francia in ottobre. Questo fu l'ultimo viaggio di Sisley in Inghilterra. Il Museo Nazionale del Galles a Cardiff ha ora due dei suoi dipinti gallesi.
Nel 1898 chiese la cittadinanza francese, ma gli fu rifiutata. Fece una seconda domanda supportata da un rapporto di polizia. Si ammalò prima che la domanda fosse accettata, e Sisley rimase inglese fino alla sua morte. Il pittore morì di cancro alla gola a Moret-sur-Loing all'età di 59 anni, pochi mesi dopo la morte della moglie.
