Възкачва се на трона след смъртта на баща си през 1548 г. През 1563 г. започва седемгодишната Ливонска война за надмощие в Балтийско море. След края ѝ към Полша е присъединена голяма част от Ливония.
На 28 юни 1569 година е приета Люблинската уния, според която Зигмунт Август става крал на обединената полско-литовска държава, носеща името Жечпосполита.
Зигмунт Август умира на 51-годишна възраст и е погребан във Вавелската котедрала. Той остава бездетен въпреки трите си брака. С неговата смърт изчезва кралският род на Ягелоните по мъжка линия, затова неговото последничество е уредено през 1569 г. в Люблинската уния.
