Gazdag bécsi nagypolgári családból származott, apja Csehországból bevándorolt zsidó textilgyáros volt. A bécsi és berlini egyetemen filozófiát, germanisztikát és romanisztikát tanult, majd 1904-ben Hippolyte Taine filozófiájáról írt disszertációjával bölcsészdoktori fokozatot szerzett.

Egyetemi évei alatt versekkel jelentkezett és élénk műfordítói tevékenységet is folytatott. 1904-ben megjelent első novelláskötetének írásai az Arthur Schnitzler-féle pszichoanalitikus, dekadens impresszionista elbeszélő művészettel mutatnak rokonságot. Zweig az egyetem elvégzése után bejárta egész Európát, s eljutott Amerikába, Indiába, Észak-Afrikába is.

Az első világháború idején egy értelmiségi csoport tagjaként a háború befejezéséért és igazságos békéért szállt síkra. 1917-es Jeremiás című háborúellenes drámája miatt átmenetileg emigrációba kényszerült, ahonnan 1919-ben tért haza, Salzburgban telepedett le. Háza az európai szellemi értékekért küzdő értelmiségiek találkozóhelye lett. Ekkor kezdte írni esszéit, így jöttek létre A világ építőmesterei címmel összefoglalt sorozat tanulmánykötetei. 1927-ben jelent meg Csillagórák című történelmi tanulmánykötete, amelyben az európai történelem 12 sorsdöntő pillanatáról rajzolt lenyűgöző képet.

A húszas években írta meg legjobb novelláit is, amelyeknek érzékeny személyiségábrázolása a pszichoanalízis iránti érdeklődéséből fakadt. Az Ámok című elbeszélésben a konvencionális előítéletek kényszere alatt önkívületig fokozódó szerelmi szenvedélyt ábrázolja, az 1927-es Érzések zűrzavara pedig a Halál Velencében problematikáját fogalmazza meg empatikusan és megrázóan. Történelmi személyekről (Fouché, Marie Antoinette, Stuart Mária) szóló regényes életrajzai a két világháború között igen közkedveltek voltak.

Mivel 1934-ben már Ausztriában is egyre erősebb lett a nácizmus és salzburgi otthonában is házkutatást tartottak, Zweig Londonba távozott. Ott írta meg egyetlen, késői regényét Nyugtalan szív címmel. 1940-ben Angliából New Yorkon keresztül Brazíliába ment, ott született 1941-ben utolsó, talán legismertebb elbeszélése, az antifasiszta tárgyú Sakknovella.

Brazíliában írta meg önéletrajzi visszaemlékezését, A tegnap világát, amely a személyes vonatkozásokat meghaladóan a korabeli osztrák társadalmi és kulturális élet sokoldalú rajzát is adja. Az író minden Brazíliában megkapott elismerés és szeretet ellenére sem feledte Ausztriát, ahol időközben a nácik sárba tiporták a nevét, írásait betiltották és könyveit elégették. Amikor a rádiók és a lapok világszerte a náci csapatok diadalmas előrenyomulásáról adtak hírt, az öngyilkosság mellett döntött. Tettére gondosan készült, a végzetes nap előtt már jó ideje mindig magával hordta a mérget tartalmazó üvegcsét. Miután megható sorokban elbúcsúzott mindazoktól, akik közel álltak hozzá, 1942. február 23-án második feleségével, Charlotte Altmann-nal együtt a brazíliai Petropolisban búcsút mondott az életnek.