Sean Astin, 1971'de Sean Patrick Duke adıyla doğdu. Annesi Patty Duke (1946-2016) Oscar ödüllü bir oyuncu, babası John Astin de yine oyuncuydu. Daha sonra biyolojik babasının, annesinin bir süre ilişki yaşadığı Michael Tell olduğu ortaya çıktı. Kardeşi Mackenzie Astin de oyuncudur. Crossroads High School for the Arts, Stella Adler Konservatuarı ve UCLA'de Tarih ve Amerikan Edebiyatı bölümlerinde okudu.
1981'de Please Don't Hit Me, Mom adlı televizyon filmiyle ilk oyunculuk deneyimini yaşadı, filmde annesiyle birlikte rol aldı ve gerçek hayattaki gibi onun oğlunu oynadı. İlk sinema filmi ise 1985 yapımı gençlik filmi The Goonies olurken, Astin başroldeki Mikey karakterini canlandırdı. Gençlik yıllarında aktif şekilde sinema filmlerinde yer aldı, Like Father Like Son (1987), White Water Summer (1987), The War of the Roses (1989), Memphis Belle (1990), Toy Soldiers (1991) gibi yapımlar, bunlardan bazılarıdır. 90'ların kalan kısmında da sinema filmlerinde oynamaya devam eden Astin, kendisini unutulmazlar arasına sokacak rolü 2001'de aldı. Peter Jackson'ın yönettiği Yüzüklerin Efendisi (The Lords of the Rings) üçlemesinde Frodo'nun sadık dostu Sam Gamgee rolüyle büyük bir ün kazandı ve yetişkin bir oyuncu olarak da kalitesini ispat etti.
2010'lu yıllarda yeni bir versiyonuyla ekranlara gelen Ninja Kaplumbağalar çizgi filminde Raphael'i seslendiren Astin, 2017 yılında beğenilen dizi Stranger Things'e 2. sezonunda Bob Newby rolüyle katıldı.
1992'de Christine Louise Harrell ile evlenen Astin'in Alexandra (d. 1996), Elizabeth (d. 2002) ve Isabella (d. 2005) adlı 3 kız çocuğu bulunmaktadır.
