Urodził się 19 listopada 1885 r. w Warszawie. Tu  ukończył V gimnazjum, w którym był członkiem tajnych kółek samokształceniowych.

Po uzyskaniu matury w Petersburgu zdał w 1905 r. na Politechnikę Warszawską. Studiów jednak nie podjął z powodu zamknięcia uczelni po wybuchu strajku szkolnego.

W tym samym 1905 r. wstąpił do PPS, a rok później do Organizacji Bojowej PPS, gdzie pełnił funkcję komendanta w okręgu warszawskim, radomskim i Zagłębiu Dąbrowskim.

W 1907 r. rozpoczął studia na Politechnice Lwowskiej, angażując się jednocześnie w działalność niepodległościową.

W 1908 r. utworzył Związek Walki Czynnej. Dwa lata później był współzałożycielem Związku Strzeleckiego, w którym po objęciu funkcji komendanta głównego przez Józefa Piłsudskiego w 1912 r., działał jako jego zastępca i szef sztabu.

W Legionach Polskich od sierpnia 1914 r. pełnił obowiązki szefa sztabu najpierw 1 pułku piechoty, a następnie I Brygady.

W 1914 r. otrzymał stopień podpułkownika, a w 1916 r. pułkownika.

Uczestniczył we wszystkich walkach Brygady, niejednokrotnie dowodząc  nią w czasie działań bojowych pod nieobecność Piłsudskiego, m.in. pod Kielcami (12-13 sierpnia 1914 ), Łowczówkiem (25 grudnia 1914) czy w walkach pozycyjnych pod Czartoryskiem (1915).

Po złożeniu przez Piłsudskiego prośby o dymisję od końca lipca 1916 r. do końca września tego roku pełnił obowiązki dowódcy I Brygady.

W kwietniu 1917 r. został zastępcą Piłsudskiego, który sprawował funkcję szefa Departamentu Wojskowego przy Tymczasowej Radzie Stanu.

22 lipca 1917 r., po kryzysie przysięgowym, władze niemieckie aresztowały go. Przetrzymywany  był w więzieniach w Gdańsku, Spandau, Wesel i razem z Piłsudskim w twierdzy magdeburskiej.

Wypuszczony na wolność 10 listopada 1918 r. razem z Piłsudskim powrócił do Warszawy, rozpoczynając służbę w tworzonym Wojsku Polskim, w którym awansowany został do stopnia generała brygady. 

Od 10 listopada 1918 r. do 3 marca 1919 r. pełnił funkcję dowódcy Okręgu Generalnego Warszawa, następnie od 3 marca 1919 r. do 24 maja 1920 r. był wiceministrem spraw wojskowych.

W 1920 r. awansowany do stopnia generała dywizji.

25 maja 1920 r. objął dowództwo nad Armią Rezerwową, które sprawował do 10 sierpnia 1920 r. Tego dnia został mianowany ministrem spraw wojskowych i członkiem Rady Obrony Państwa (10 sierpnia 1920 -17 lutego 1924).

Od 17 lutego 1924 r. do 13 maja 1926 r. był członkiem Rady Wojennej i dowódcą Okręgu Korpusu VII Poznań.

W czasie zamachu majowego, nie chcąc popierać żadnej ze stron, próbował popełnić samobójstwo. Odratowany, pół roku spędził w szpitalu.

17 marca 1927 r. mianowany Inspektorem Armii „Podole”, a później „Wołyń”.

W  1928 r. został Inspektorem Armii „Polesie”. Funkcję tę pełnił do sierpnia 1939 r., będąc jednocześnie przewodniczącym Komitetu do Spraw Uzbrojenia i Sprzętu, a także przewodniczącym Komitetu Wyższej Szkoły Wojennej.

W 1936 r. awansowany do stopnia generała broni.

W czasie kampanii polskiej w 1939 r. dowodził Frontem Południowym (10-20 września).

Po nieudanych próbach przebicia się na odsiecz Lwowa rozwiązał resztki oddziałów z zadaniem samodzielnego przedzierania się na Węgry.

Po dotarciu w październiku 1939 r. do Paryża wyznaczony został przez prezydenta RP Władysława Raczkiewicza jego następcą. Funkcję tę pełnił do sierpnia 1944 r.

W rządzie emigracyjnym gen. Władysława Sikorskiego w  listopadzie 1939 r. objął stanowisko wicepremiera i ministra stanu, przewodniczącego Komitetu Ministrów dla Spraw Kraju.

Od 13 listopada 1939 r. do 30 czerwca 1940 r. był Komendantem Głównym ZWZ.

W lipcu 1941 r., po podpisaniu układu Sikorski-Majski, ustąpił z rządu na znak protestu.

W dyspozycji Naczelnego Wodza pozostawał do lipca 1943 r.

Po tragicznej śmierci gen. Sikorskiego 8 lipca objął funkcję Naczelnego Wodza, którą sprawował do 30 września 1944 r.

Po zwolnieniu go z niej przez prezydenta Raczkiewicza wyjechał w listopadzie 1944 r. do Kanady i osiedlił się w Arundel pod Montrealem.

Po wojnie prowadził działalność publicystyczną.

Zmarł po ciężkiej i długotrwałej chorobie 11 października 1969 r. w Arudel.

Jego prochy złożone zostały w kościele św. Stanisława w Paryżu. W 1992 r. sprowadzono je do Warszawy i pochowano w podziemiach archikatedry św. Jana.

Kazimierz Sosnkowski odznaczony był m.in. Orderem Virtuti Militari kl. II i V, Krzyżem Niepodległości z Mieczami, Orderem Polonia Restituta kl. I, czterokrotnie Krzyżem Walecznych, dwukrotnie Złotym Krzyżem Zasługi, a w 1995 r. pośmiertnie Orderem Orła Białego.