Der Sohn einer traditionsreichen Organistenfamilie übte als Organist an der Oude Kerk in Amsterdam großen Einfluss auf die Norddeutsche Orgelschule des 17. Jahrhunderts aus. Berühmteste Schüler des "deutschen Organistenmachers" waren u.a. Jacob Praetorius, Heinrich Scheidemann und Samuel Scheidt. Der letzte Meister der niederländischen Vokalpolyphonie war ein prägender Komponist in der Zeit des Übergangs von der Renaissance zum Barock. Er war für seine Improvisationen auf der Orgel und dem Cembalo bekannt, und Besucher kamen von weither, um den Orpheus von Amsterdam zu hören. Seine längste Reise führte im Jahre 1604 nach Antwerpen, wo er für die Stadt Amsterdam ein Cembalo kaufte. Begraben wurde er in der Oude Kerk.

Sweelinck komponierte mehr als 70 Orgelwerke (u. a. Toccaten, Fantasien und Ricercare) und über 250 Vokalwerke wie Chansons und Rimes sowie Psalmen und geistliche Gesänge. Er verband Elemente der englischen Virginalmusik mit dem italienischen Orgelstil, es entstand der Vorläufer der Orgelfuge.