La famiglia è originaria delle Bahamas, ma Sidney nasce a Miami, durante una vacanza dei genitori. I primi anni di infanzia li trascorre in una fattoria, in condizioni di assoluta povertà. A quindici anni si trasferisce dal fratello che vive a Miami. Qui conosce il razzismo e la delinquenza.

A diciotto anni decide di andare a vivere a New York. Dorme in un autobus e si procura da vivere con lavoretti saltuari. Lavora nell'ospedale dei veterani dell'esercito come operaio. Fa un'audizione al American Negro Theatre, ma viene rifiutato. Poitier ricorda di aver ricevuto, al termine del disastroso provino, un feroce consiglio da un produttore: "Perché non ti trovi un lavoro da lavapiatti?". Il problema, ha concluso l'attore, "era che io stavo già lavorando come lavapiatti in quel periodo!".

Decide di riprovare: per sei mesi studia, per migliorare il suo accento e il portamento. Al secondo tentativo viene accettato. Ottiene una piccola parte nello spettacolo di Broadway Lysistrata. Le critiche sono positive.

Alla fine del 1949, decide di abbandonare il teatro, per interpretare il suo primo film No Way Out, diretto da Darryl F. Zanuck. Nel 1959 riceve la candidatura agli Oscar, per il film La parete di fango.

In molte pellicole Poitier affronta il tema della discriminazione razziale. Tra queste spiccano soprattutto il tagliente e indimenticabile Indovina chi viene a cena? di Stanley Kramer, accanto a Katharine Hepburn e Spencer Tracy, dove una ragazza bianca presenta agli attoniti genitori il fidanzato nero e La calda notte dell'ispettore Tibbs del 1967, diretto da Norman Jewison, dove è un ispettore che collabora con uno sceriffo razzista a risolvere un omicidio nel profondo Sud.

Tra gli innumerevoli film interpretati, figurano Uomo bianco tu vivrai (1949), Il seme della violenza (1955), Porgy and Bess (1959), La scuola dell'odio (1962), La scuola della violenza (1967), Il seme dell'odio (1975).

Nel 1964 vince l'Oscar con il film I gigli del campo, film di Ralph Nelson. E' il primo attore di colore a ricevere l'ambita statuetta per il miglior interprete.

Decide di intraprendere la carriera registica. Nel 1982, al suo il settimo film come regista, Hanky Panky (Fuga per due), con Gene Wilder spiega il perché di questa scelta. "La carriera dell'attore è facilmente deteriorabile: gli attori sono sacrificabili nel mondo del cinema. Io da qualche tempo ho deciso di non fare più solo l'attore per allargare i miei orizzonti e per cercare di rimanere nella grande arena del cinema. Ma dopo aver diretto sette film, non è detto che abbandoni definitivamente la carriera dell'attore per quella di regista. Quando troverò una sceneggiatura all'altezza di quelle che ho interpretato nel passato, ritornerò attore. Mi piacerebbe moltissimo tornare a recitare ma mi rifiuto di farlo con copioni che hanno poca sostanza".

Nel 1992 a Los Angeles, Poitier riceve il Life Achievement Award, da parte dell'American Film Institute. E' il primo attore nero ad aver mai ricevuto il Il premio per i successi di una carriera. Il premio in passato è stato dato a personalità del cinema, come Orson Welles, James Cagney, Fred Astaire, Bette Davis e Alfred Hitchcock. Al momento della consegna, ha ironizzato con la platea. "Vi ringrazio di avermi conferito questo grande onore finché ho ancora gran parte dei capelli e il mio stomaco non ha ancora raggiunto le scarpe".

Nel 1997 recita nel film The Jackal, diretto da Michael Caton-Jones, accanto a Bruce Willis e Richard Gere. La sua ultima apparizione sul grande schermo è del 1999, nel film Imparare a volare.

Il 24 marzo a Los Angeles, nella notte più importante di Hollywood, Poitier riceve il prestigioso Oscar alla carriera. E' la prima volta che un artista di colore riceve questo riconoscimento, destinato alle leggende del grande schermo.