Massimiliano nacque a Vienna da Federico III del Sacro Romano Impero, ed Eleonora del Portogallo. Nel 1477 sposò l'erede della Borgogna, Maria, unica figlia del duca Carlo. Grazie a questa unione, Massimiliano ottenne la Contea di Borgogna e i Paesi Bassi, sebbene la Francia ottenne il controllo della Borgogna propriamente detta.
Nel 1490, acquistò il Tirolo e l'Austria interna da suo cugino Sigismondo d'Austria, ultimo rappresentante del Primo ramo tirolese della casa d'Asburgo. Nel 1493, con la morte di suo padre, Massimiliano I ereditò i restanti possedimenti asburgici, riunificando così i territori della casata. In quello stesso anno Massimiliano, rimasto vedovo nel 1482, sposò Bianca Maria Sforza (m. 1510), figlia del duca di Milano Galeazzo Maria Sforza.
Eletto Re dei Romani nel 1486 per iniziativa di suo padre, alla morte di quest'ultimo Massimiliano divenne imperatore del Sacro Romano Impero nel 1493. In quello stesso anno decise di unirsi alla Lega Santa per far fronte all'intervento del re di Francia Carlo VIII in Italia. Il lungo conflitto che ne derivò sarebbe poi terminato (con la vittoria dell'Impero) solo dopo la sua morte.
Massimiliano I è famoso soprattutto per aver presieduto nel 1495 il Reichstag a Worms, portando così alla Riforma Imperiale con la quale si rimodellò la gran parte della costituzione del Sacro Romano Impero.
Il venerdì 4 di febbraio dell'anno 1508, al termine di un fastoso e marziale corteo snodatosi per le principali vie di Trento, Massimiliano, rivestito dello splendido abbigliamento della maestà imperiale, recando le tradizionali ed universali insegne del manto, corona, globo e scettro, sedeva in trono sull'alto coro del Duomo di S. Vigilio. Ivi, con approvazione Pontificia, veniva proclamato IMPERATOR ROMANORUM ELECTUS dal Vescovo di Gurk Mattias Lang. Ciò gli conferiva il titolo dell'imperiale dignità che a Trento rinverdiva sotto la nuova forma di: l'Erwählter Römischer Kaiser" che gli imperatori del S.R.l. avrebbero usato da allora fino agli albori deI XIX secolo, ponendo così fine alla secolare incoronazione dell'imperatore da parte del papa.
Al fine di ridurre le crescenti pressioni sui confini dell'Impero, Massimiliano stipulò trattati con i sovrani di Francia, Polonia, Ungheria, Boemia e Russia; in particolare, per assicurare agli Asburgo la Boemia e l'Ungheria, Massimiliano I incontrò i re della dinastia Jagellone Ladislao II di Ungheria e Boemia e Sigismondo I di Polonia a Vienna nel 1515. I matrimoni così organizzati consentirono l'espansione del regno degli Asburgo sui territori dell'Ungheria e della Boemia nel 1526. Questa politica matrimoniale portò alla famosa frase "Bella gerant alii, tu felix Austria nube," cioè "Mentre gli altri fanno la guerra, tu, Austria fortunata, sposati.
Massimiliano morì a Wels (Alta Austria) il 12 gennaio 1519. Con la sua morte, il titolo imperiale fu concesso a suo nipote Carlo V del Sacro Romano Impero, dal momento che suo figlio Filippo di Castiglia era morto nel 1506. Negli anni precedenti, Massimiliano aveva nominato sua figlia Margherita d'Austria tutrice dei nipoti Carlo e Ferdinando.