Nato come Edward Hamilton Waldo, dopo il divorzio dei suoi genitori, all'età di undici anni assunse il cognome del patrigno, William Sturgeon, l'uomo col quale sua madre si era risposata. Dopo aver fatto una miriade di mestieri, all'età di 21 anni Sturgeon si dedicò alla scrittura e vide un suo racconto, Ether Breather, pubblicato nella rivista Astounding. Nella stessa rivista, ed in altre come Unknown e Argosy Magazine, furono pubblicati i suoi lavori successivi, principalmente racconti.
Sebbene le numerose riviste del tempo favorissero la scrittura e la pubblicazione di storie brevi o a puntate, la produzione di Sturgeon comprese anche alcuni romanzi, divenuti molto famosi, tra cui spicca Cristalli sognanti, che mette in crisi e in discussione il concetto stesso di ruolo e identità, stravolgendo le percezioni della realtà. Tra la fine degli anni sessanta e gli inizi dei settanta prese parte alla scrittura delle sceneggiature di alcuni episodi della serie televisivaStar Trek, introducendo il concetto di Prima direttiva, ripreso nella produzione seguente. Alcune delle sceneggiature furono effettivamente trasposte in episodi (Shore Leave del 1966 ed Amok Time del 1967), mentre altre rimasero sulla carta.
Nel 1951 Sturgeon coniò la frase oggi nota come "Legge di Sturgeon": "Il novanta per cento della fantascienza è spazzatura, ma in effetti il novanta per cento di tutto è spazzatura". La frase era in origine conosciuta come la "Rivelazione di Sturgeon": Sturgeon stesso disse che la prima versione della legge di Sturgeon era "Niente è sempre assolutamente così" (Nothing is always absolutely so), tuttavia oggi generalmente ci si riferisce alla frase "Il novanta per cento di tutto è spazzatura" (Ninety percent of everything is crud (o crap): il termine inglese è più forte).
