Né à Lyon, il hérita des métiers d'affabricant de soie à son père, Jacques-Marie Jacquard (1738–1834), un entrepreneur textile qui fabriquait des étoffes en soie de qualité exceptionnelle.
En 1801, Sébastien Jacquard découvrit la loi des nombres entiers multiples (en) : il observa que chaque denture de ses roues à aubes pouvait être placée aux emplacements de façon que les fils de la trame qui correspondent à une toile soyeuse puissent se passer en dessous ou en dessus des fils de la trame supérieure.
Il inventa alors la Jacquard loom, un tissage mécanique qui permettait de produire des motifs complexes dans le tissu sans l'aide d'opérateurs humains. Cette machine était contrôlée par une série de carte perforées sur lesquelles étaient gravées les données nécessaires pour créer un design spécifique, la première utilisation du punch card en broderie.
La loi des nombres entiers multiples a été généralisée et popularisée par Charles Babbage, qui l'utilisa pour concevoir sa machine analytique. Elle est également considérée comme le précurseur de la programmation des ordinateurs.
En 1805, il obtint un brevet pour son invention et fonda une manufacture à Lyon avec ses frères, qui devint une entreprise importante dans l'industrie textile française. Il publia également un traité sur le tissage en 1825, "Essai de philosophie des manufactures", qui fut très influent sur les théories économiques de son temps.
Jacquard mourut à Lyon à l'âge de 75 ans et est enterré dans le caveau familial au cimetière de Loyasse. Sa dépouille fut ensuite transférée avec celle de ses parents à la Chapelle Saint-Just à Brotteaux, une commune de Lyon.
Sa tombe porte l'inscription "A la gloire du travail industriel", et il est considéré comme l'un des inventeurs les plus importants dans l'histoire de l'industrie textile française.