Sanson fue educado en el colegio jesuita de Amiens. En 1627, con apenas dieciocho años, atrajo la atención de Richelieu debido a un mapa de la Galia que él había proyectado (o por lo menos iniciado). Sanson dio clases de geografía a Luis XIII y Luis XIV y, se dice, que cuando Luis XIII fue a Abbeville, prefirió ser huésped de Sanson, en vez de ocupar los aposentos aportados por la ciudad. Después esa visita, el rey le nombró ministro de Estado.
Activo desde 1627, Sanson publicó su primer mapa de importancia, Postes de France, en 1632 a través del editor Melchior Tavernier. Después de publicar varios atlas el mismo se hizo socio de Pierre Mariette, un editor de grabados.
En 1647, Sanson acusó al jesuita Philippe Labbe de plagiarlo en su Pharus Galliae Antiquae; en 1648 perdió a su hijo mayor, Nicolas, muerto durante la sublevación de la Fronda. Sanson murió en París el día 7 de julio de 1667. Sus dos hijos menores, Adrien (m. 1708) y Guillaume (m. 1703), le sucedieron como geógrafos del rey.
En 1692, Hubert Jaillot reunió mapas de Sanson en un Atlas nouveau.
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