1435년(세종 17) 생원시 합격 후 집현전학사로 뽑혀 세종의 총애를 받았다. 세종이 훈민정음 28자를 만들 때 정인지·최항·박팽년·신숙주·이개 등과 함께 이를 도왔다. 또한, 명나라 사신을 따라 명나라에 가서 음운(말의 뜻을 구별해 주는 가장 작은 소리의 단위)과 교장(敎場)[사람들을 모아 놓고 일정한 교육을 실시하는 곳] 제도를 연구해 와서 1446년 훈민정음을 반포(세상에 널리 펴서 알림)하는 데 큰 공헌을 하였다. 1453년 수양대군이 계유정난을 일으키고 성삼문에게 공신의 칭호를 내렸으나 이를 사양하였다. 이후 성삼문은 박팽년, 이개 등을 포섭하여 단종 복위운동을 계획하였으나 밀고(남몰래 넌지시 일러바침)에 의해 모의자들(함께 범죄를 계획하고 그 실행 방법을 의논하는 여러 사람) 모두 잡혀가 성삼문은 아버지 등과 함께 사형을 당하였다. 이로 인해 성삼문은 사육신의 한 사람으로 높은 절개와 의리를 기리고 있다.