宋子贞少年时敏悟好学，善于诗词歌赋。二十岁时与族兄宋知柔在太学读书，名于当世，被人称为“大小二宋”。
金朝末年，遭受战乱，他避乱出走于河南、河北等地，先在大名一带投靠了南宋的抗元将领
彭义斌。后来，彭义斌战死，他就率领彭义斌的旧部投归了蒙古的东平（今山东东平）行台严实，被任为详议官，兼提举学校。
元太宗七年（1235），宋子贞被任命为东平行台右司郎中。严实死后，其子
严忠济袭了东平行台之职，又上奏蒙古太宗，任宋子贞为参议东平路事，兼提举太常礼乐。在此期间，宋子贞又创庙学，延引金朝进士
康晔、
王磐为教官。
中统元年（1260），宋子贞被任为益都路（今山东益都）宣抚使。不久，调入京城，拜右三部尚书。这期间，元朝初创
行省制，宋子贞主要为行省的典章制度的设置而操劳。以后，他又建议废除蒙古人世袭州县官的制度，实行
开科取士制度。忽必烈采纳他的建议，并派他与左丞相
耶律铸于至元二年（1265）到达山东行省，负责处理州县长官的任用。回京以后，授
翰林学士，参议中书省事务。奏请改北京行省为宣慰司，控制东北州郡。三年（1266）十一月，宋子贞以年老请退。
宋子贞，字周臣，潞州长子人也。性敏悟好学，工词赋。弱冠，领荐书试礼部，与族兄知柔同补太学生，俱有名于时，人以大小宋称之。金末，潞州乱，子贞走赵、魏间。宋将
彭义斌守大名，辟为
安抚司计议官。义斌殁，子贞率众归
东平行台严实。实素闻其名，招置幕府，用为详议官，兼提举学校。先是，实每令人请事于朝，托近侍奏决，不经
中书，因与丞相
耶律楚材有违言。子贞至，劝实致礼丞相，通殷勤，凡奏请，必先咨禀。丞相喜，自是交欢无间，实因此益委信子贞。太宗四年，实戍
黄陵，金人悉力来攻。与战不利，敌势颇张，曹、濮以南皆震。有自敌中逃归者，言金兵且大至，人情汹惧。子贞请于实，斩扬言者首以令
诸城，境内乃安。
汴梁既下，饥民北徙，饿殍盈道。子贞多方赈救，全活者万余人。金士之流寓者，悉引见周给，且荐用之。拔名儒
张特立、刘肃、李昶辈于羁旅，与之同列。四方之士闻风而至，故东平一时人材多于他镇。
七年，太宗命子贞为行台右司郎中。
中原略定，事多草创，行台所统五十余城，州县之官或擢自将校，或起由民伍，率昧于从政。甚者专以掊克聚敛为能，官吏相与为贪私以病民。子贞仿前代观察采访之制，命官分三道纠察官吏，立为程式，与为期会，黜贪墯，奖廉勤，官府始有纪纲，民得苏息。东平将校，占民为部曲户，谓之脚寨，擅其赋役，几四百所。子贞请罢归州县。实初难之，子贞力言乃听，人以为便。实卒，子忠济袭爵，尤敬子贞。请于朝，授参议东平路事，兼提举太常礼乐。子贞作新庙学，延前进士康晔、王磐为教官，招致生徒几百人，出粟赡之，俾习经艺。每季程试，必亲临之。
齐鲁儒风，为之一变。
岁己未，世祖南伐，召子贞至濮，问以方略。对曰：“本朝威武有余，仁德未洽。所以拒命者，特畏死尔，若投降者不杀，胁从者勿治，则宋之郡邑，可传檄而定也。”世祖善其言。中统元年，授益都路
宣抚使。未几，入觐，拜右三部尚书。时新立省部，
典章制度，多子贞裁定。
李璮叛，据
济南，诏子贞参议军前行中书省事。子贞单骑至济南，观璮形势，因说丞相
史天泽曰：“璮拥众东来，坐守孤城，宜增筑外城，防其奔突，彼粮尽援绝，不攻自破矣。”议与天泽合，遂擒璮。子贞还，上书陈便宜十事，大略谓：“官爵人主之柄，选法宜尽归吏部。律令国之纪纲，宜早刊定。监司总统一路，用非其材，不厌人望，乞选公廉有才德者为之。今州县官相传以世，非法赋敛，民穷无告，宜迁转以革其弊。”又请建国学教胄子，敕州郡提学课试诸生，三年一贡举。有旨命中书次第施行之。至元二年，始罢州县官世袭。遣子贞与
左丞相耶律铸行
山东，迁调所部官。还，授
翰林学士，
参议中书省事。奏请班俸禄，定职田，从之。俄拜中书
平章政事。复陈时务之切要者十二策。帝颇悔用子贞晚。
未几，以年老求退，帝曰：“卿气力未衰，勉为朕留，措置大事，俟百司差有条理，听卿自便。”三年十一月，恳辞，乃得请。特敕中书，凡有大事，即其家访问。子贞私居，每闻朝廷事不便，必封疏上奏，爱君忧国，不以进退异其心。卒年八十一。始病，家人进医药，却之曰：“死生有命，吾年逾八十，何以药为！”病危，诸子请遗言，子贞曰：“吾平昔教汝者不少，今尚何言耶！”