弗雷德里克·桑格曾经在1958年及1980年两度获得诺贝尔化学奖，是第四位两度获得诺贝尔奖，以及唯一获得两次化学奖的人。
1918年8月13日出生在英国格洛斯特郡格伦斯特郡的一个小村庄里德科姆姆，他是一位全科医生弗雷德里克·桑格的第二个儿子。
1927年，Sanger9岁的时候，被送进了Downs小学，这学校是由教会运营的，且靠近Malvern小镇。
1932年，Sanger 14岁的时候，他被送进了多塞特郡的布莱恩斯顿学校，在这所学校，他很喜欢他的老师，尤其喜欢科学学科。由于Sanger比较出色，提前一年就完成了学业，在这个学校的最后一年，Sanger花了大部分时间同他的导师Geoffrey Ordish做化学实验，正是同Geoffrey Ordish在一起的经历，使Sanger对于科研产生了强烈的兴趣。
1936年，桑格去了剑桥圣约翰学院学习自然科学。 对于他的Tripos的第一部分，他接受了物理，化学，生物化学和数学课程，但对于物理和数学，不是很喜欢这两门学科。
在他的第二年，他用生理学取代了物理学，他花了三年时间获得了他的第一部分，对于他的第二部分，他学习生物化学，获得了一等荣誉。
1940年10月在比尔.皮埃的导师带领下，下开始攻读博士学位。他的项目是调查是否可以从草中获取食用蛋白质。 经过一个多月的时间，皮埃离开了部门，阿尔伯特·纽伯格成为他的导师。
桑格改变了研究项目，研究了赖氨酸的代谢和一个更为实际的土豆氮素问题。 他的论文题目是“动物体内氨基酸赖氨酸的代谢”。他的博士论文由Charles Harington和Albert Charles Chibnall审阅，并于1943年获得博士学位。
1958年，由于 Sanger发明了蛋白质测序方法，尤其是获得了胰岛素的氨基酸序列，而被授予诺贝尔化学奖。
1980年Sanger同 Walter Gilbert分享了另外一半诺贝尔奖金，那是基于Sanger及Gilbert在DNA测序中做出的卓越贡献，而另一半奖金给了 Paul Berg，是基于他对于重组DNA的卓越贡献。
由于不同的蛋白质片段有不同的溶解度与电荷，因此在电泳后，这些片段最后会各自停留在不同的位置，产生特定的图案。桑格将此图案称为“指纹”（fingerprints）；不同的蛋白质拥有不同的图案，成为可供辨识且可重现的特征。之后桑格又将小片段从新组合成氨基酸长链，进而推导出完整的胰岛素结构。因此得出结论，认为胰岛素具有特定的氨基酸序列。这项研究使他单独获得了1958年的诺贝尔化学奖。
1975年时，桑格发展出一种称为链终止法（chain termination method）的技术来测定DNA序列，这种方法也称做“双去氧终止法”（Dideoxy termination method）或是“桑格法”。两年之后，他利用此技术成功定序出Φ-X174噬菌体（Phage Φ-X174）的基因组序列。这也是首次完整的基因组定序工作。他所发明的技术比起当时其他方法使用了较不具毒性的材料。主要是先进行PCR，利用DNA引子和DNA聚合酶使DNA链得以展开复制，再利用双去氧核苷酸（dideoxynucleotides）来终止DNA链的合成。实验会使不同序列的DNA带有不同长度，使其得以经由电泳来做分析。
这项研究后来成为人类基因组计划等研究得以展开的关键之一，并使桑格于1980年再度获得诺贝尔化学奖，与桑格合作研究的沃特·吉尔伯特，以及另一团队的保罗·伯格（Paul Berg）也一同获奖。第二座诺贝尔奖使他成为继玛莉·居礼、莱纳斯·鲍林，以及约翰·巴丁之后的第四位两度获奖者。到了1979年，桑格又与吉尔伯特和伯格一同获得哥伦比亚大学的路易莎·格罗斯·霍维茨奖（Louisa Gross Horwitz Prize）。
桑格于1982年退休，英国的维康信托基金会（Wellcome Trust）和医学研究理事会（Medical Research Council），于1993年成立了桑格中心（Sanger Centre），这座研究机构现在称为桑格研究院（Sanger Institute），地点位于英国剑桥，是世界上进行基因组研究的主要机构之一。2007年，维康信托提供英国生物化学学会（British Biochemical Society）一项补助，使其为桑格从1989年以后的实验研究纪录进行建档及保存。