Sérgio Vieira de Mello nasceu no Rio de Janeiro em 15 de março de 1948. Com menos de um mês de vida, no entanto, mudou-se para Buenos Aires, onde o pai era diplomata.

Formou-se na Universidade de Paris em 1969, mesmo ano em que exerceu seu primeiro cargo no Alto Comissariado das Nações Unidas para Refugiados (Acnur), em Genebra, Suíça.

Na década de 70, simultaneamente com os estudos em Paris, trabalhou em missões da ONU em Bangladesh, Sudão, Chipre, Moçambique e Peru. Em 1974, Vieira de Mello completou seu doutorado em Filosofia em Paris e, na década seguinte, terminou o doutorado em Ciências Humanas na Panthéon-Sorbonne, também na capital francesa. No início dos anos 80, ele atuava como conselheiro político das Nações Unidas no Líbano, durante a ocupação israelense.

Nos anos 90, Vieira de Mello atuou na repatriação de refugiados do Camboja e foi representante das Nações Unidas na Bósnia-Herzegovina. Teve também uma importante participação como administrador do governo de transição do Timor Leste, até que fossem feitas eleições no recém-criado país.

Em 12 de setembro de 2002, foi nomeado Alto Comissário de Direitos Humanos da ONU e, em junho, tornou-se representante especial do secretário-geral das Nações Unidas, Kofi Annan, para o Iraque.

Casado com uma francesa, ele tem dois filhos.