Przyszedł na świat w rodzinie o szlacheckich korzeniach, jego rodzice zajmowali się jednak edukacją: ojciec był profesorem etnologii, zaś matka – nauczycielką. Był nieśmiałym dzieckiem, jako 9-latek zaczął się uczyć niemieckiego i angielskiego, wraz przyjaciółmi założył również kółko teatralne. Po odbyciu służby wojskowej Max Von Sydow studiował w  Królewskiej Akademii Dramatycznej w Sztokholmie, którą ukończył w 1951 roku. Jeszcze jako student zadebiutował na wielkim ekranie w filmach Alfa Sjöberga „Tylko matka” (1949) i „Panna Julia” (1951).

W 1954 roku aktor otrzymał prestiżową Royal Foundation Culture Award, zaś rok później przeniósł się do Malmö, gdzie występował w teatrze. Tam wypatrzył go Ingmar Bergman i zaproponował mu rolę Antoniusa Blocka w swoim filmie „Siódma pieczęć” (1957). U szwedzkiego mistrza Von Sydow zagrał jeszcze wielokrotnie, m.in. w „Tam, gdzie rosną poziomki” (1957), „Źródle” (1960), „Gościach Wieczerzy Pańskiej” (1962) i „Godzinie wilka” (1968). Dzięki filmom Bergmana Max Von Sydow został dostrzeżony w Ameryce, skąd zaczęły płynąć propozycje filmowe, jednak aktor zwlekał z podróżą do Hollywood, aż do chwili, kiedy zaoferowano mu główną rolę Jezusa w obrazie „Opowieść wszech czasów” (1965).

Od 1965 roku aktor zaczął regularnie występować w produkcjach amerykańskich, a jego rodzina przeprowadziła się do Los Angeles. Początkowo grywał głównie bohaterów negatywnych, jednak jego ekranowa rehabilitacja nastąpiła w filmie „Hawaje” (1966), gdzie zagrał misjonarza udającego się na odległe wyspy. Za tę rolę Von Sydow otrzymał nominację do Złotego Globu, zaś w filmie zagrali z nim jego dwaj synowie Clas i Henrik. Ogromnym sukcesem okazała się jego rola w horrorze Williama Friedkina „Egzorcysta” (1973), gdzie aktor zagrał tytułową postać ojca Merrina, który otrzymuje zadanie wypędzenia złych duchów z opętanej dziewczynki o imieniu Regan. Film ten do dziś uważany jest za jeden z najlepszych horrorów wszechczasów. Mimo, iż ojciec Merrin zginął w finale „Egzorcysty”, szwedzki aktor ponownie zagrał duchownego, a raczej jego ducha w sequelu „Egzorcysta II: Heretyk” (1977). 

W połowie lat 70. Max Von Sydow wraz z rodziną przeprowadził się do Rzymu i tam kontynuował karierę aktorską występując we włoskich filmach na przemian z produkcjami hollywoodzkimi. Intrygującą kreację aktorską stworzył w thrillerze politycznym „Trzy dni kondora” (1975), w którym był płatnym mordercą czyhającym na życie głównego bohatera, granego przez Roberta Redforda. W pierwszej połowie lat 80. Von Sydow wystąpił w kilku wysokobudżetowych filmach fantasy: „Flash Gordon” (1980), „Conan Barbarzyńca” (1982) oraz „Diuna” (1984). Wszechstronny aktor zagrał również w komedii Woody’ego Allena „Hannah i jej siostry” (1986), oraz w dramacie „Pelle zwycięzca” (1987) o trudnych losach szwedzkich emigrantów w Danii na przełomie XIX i XX wieku. Za rolę w „Pelle zwycięzcy” Von Sydow otrzymał nagrodę European Film Award oraz jedyną w swojej karierze nominację do Oscara dla najlepszego aktora, zaś film zdobył złotą statuetkę dla najlepszego obrazu zagranicznego.

Jako reżyser Max Von Sydow zadebiutował w 1988 roku komediodramatem „Ved vejen” opowiadającym o zakazanym romansie rozgrywającym się w duńskiej wiosce.  Kolejnym sukcesem w jego karierze aktorskiej był australijski dramat „Ojciec” (1989) o emigrancie z Niemiec, który po wojnie przybywa do Australii, gdzie po latach zostaje oskarżony o zbrodnie wojenne. Za tę rolę Von Sydow otrzymał nagrodę Australijskiego Instytutu Filmowego dla najlepszego aktora. Z kolei na festiwalu w Tokio szwedzki aktor otrzymał nagrodę za film „Dotknięcie ręki” (1992) w reżyserii Krzysztofa Zanussiego. Max Von Sydow zagrał tutaj słynnego kompozytora, który 40 lat wcześniej w tajemniczych okolicznościach przerwał swoją karierę muzyczną.

Międzynarodowe uznanie przyniosła aktorowi rola pisarza Noblisty Knuta Hamsuna w biograficznym filmie „Hamsun” (1996), zaś szwedzką nagrodę filmową Guldbagge otrzymał za telewizyjny dramat „Intymne zwierzenia” (1996) wyreżyserowany przez Liv Ullman według scenariusza Ingmara Bergmana. Mimo zaawansowanego wieku Max Von Sydow jest aktorem niezwykle aktywnym i angażuje się w różnorodne przedsięwzięcia filmowe. W 2002 roku wystąpił w ważnej roli w filmie science-fiction „Raport mniejszości” Stevena Spielberga, zaś dwa lata później wziął udział w „Klątwie pierścienia” (2004) - telewizyjnej ekranizacji germańskich i nordyckich mitów, które zainspirowały Richarda Wagnera i J.R.R. Tolkiena.

W życiu prywatnym Von Sydow żenił się dwukrotnie. Po raz pierwszy stanął na ślubnym kobiercu w 1951 roku z aktorką Kerstin Olin. Wkrótce na świat przyszli ich dwaj synowie: Clas i Henrik. Małżeństwo z Olin trwało 45 lat i zakończyło się rozwodem w 1996 roku. Rok później Max Von Sydow poślubił francuską reżyserkę Catherine Brelet, z którą obecnie mieszka w Paryżu. W wolnych chwilach aktor słucha muzyki i uprawia ogródek. Jak sam deklaruje – nie zamierza przechodzić na emeryturę.