祖籍安徽肥東，1915年出生于一個貧寒家庭，4歲時母病故。幼年無錢讀書，老師惜才，免學費教之并收留于家中，從此開始了就讀鄉塾7年的學習。1937年中學畢業后，志在攻讀地理，但被錄入浙江大學農經系。因學非所愿，半年后棄學回鄉。1938年考入中央大學師范學院史地系，1939年轉入中央大學地理系并繼續攻讀研究生，師從胡煥庸先生。1945年研究生畢業后留校并一直在南京大學任教，1995年正式退休。

早在20世紀70年代，當地理界還在熱衷于對大區域的研究時，宋家泰以敏銳的洞察力，把握到了國家的需求和科學發展方向。1975年7月接受原國家城建總局為培養城市總體規劃高級人才的建議和要求，將南京大學“經濟地理”專業改為“城市與區域規劃”專業，創立了中國城市與區域學科，并首任南京大學城市科學研究中心主任、城市規劃設計研究所所長。自此之后，帶領師生隊伍到江蘇江陰、鹽城、六合，湖南岳陽、石門、澧縣，湖北宜昌、當陽，山東煙臺，廣西柳州，河南商丘等城市沿海地區，從地理學的角度入手，對城市性質、人口和規模進行深入的研究，探索和解決城市規劃建設和地域國土開發經濟建設中的重大問題，開創了中國現代城市地理的先河，并在此基礎上出版了《城市總體規劃》，為中國現代城市地理學科做出了重大貢獻。

1980年，宋家泰在《地理學報》上發表論文“城市-區域與城市區域調查研究——城市發展的區域經濟基礎調查研究”，提出了著名的“城市-區域”理論。其主要論點為：城市與區域是一種相互依存、不可分裂的“血肉”關系，城市與區域具有動態統一性原則，城市是區域發展的核心或焦點，區域是城市發展的基礎和根本，兩者是主導和基礎的關系，其發展具有相輔相成、相得益彰的本質聯系，城市及其借以存在和發展的一定區域間具有不可分割的動態統一，具有多層次、開放型的特點。城市—區域理論的提出，揭示了城市-區域兩者之間是一種相互依存、相互制約和不可分割的理論、框架和方法，意在表達在研究城市時不能就城市論城市，應把城市放大到合理的區域范疇內，通過研究區域經濟基礎條件和區域經濟發展與布局，來合理確定城市性質、城市規模和城市的發展方向。城市作為區域發展的核心，它的發展又會對區域經濟的發展起到良好的促進作用和中心帶動效應。“城市-區域”理論為中國的城市規劃開創了新的方向，打破了原先以蘇聯規劃理論為主導的模式，提出進行城市規劃不僅要依據國民經濟發展計劃，更應該積極研究城市-區域間的關系，探索城市-區域發展的規律，從中總結出指導城市發展的依據，科學地規劃城市，理性確定城市發展方向、定位、發展性質、發展規模等城市規劃的重大問題。 按照“城市-區域”理論框架與方法，宋家泰在20世紀80年代就意識到，要發揮中國城鎮的中心作用，需要逐步形成以城市為中心的完善的城鎮體系。因此，在城市-區域理論應用層面上進一步拓展到城鎮體系規劃。宋家泰認為，城鎮體系規劃是依據現狀地域經濟結構、社會結構和自然環境的空間分布特點，合理地組織地域城鎮群體的發展及其空間組合。1983年開始展開城市（鎮）體系研究，1984～1985年，先后對煙臺市、南京市、合肥市的城鎮體系進行規劃研究。在這些前期研究成果的基礎上，通過理論聯系實際在國內首次論述了城鎮體系規劃的編制辦法，重點總結出城市（鎮）體系規劃中以地域空間結構、等級規模結構和職能組合結構為主的“三個結構”和反映節點間相互關系的城鎮聯系與擴散形式和城鎮網絡系統的“一個綜合網絡”，并初步歸納出城市（鎮）體系規劃的6個步驟：①城鎮體系發展的歷史基礎分析；②城鎮體系發展現狀分析；③城鎮體系區域發展條件及制約因素分析；④城鎮體系規劃布局；⑤城市經濟區劃分及其發展；⑥實施城鎮體系規劃的措施。 1985年，宋家泰發表《城市地理學與中國城市地理學的研究》，對地理學與城市地理學的研究作了較好的論述。他認為城市地理學是構成城市科學體系的重要組成部分，主要探討人類社會物質文明和精神文明的重要組成部分——城市發生、發展的地理依據和城市的地理特點，和其他地理學科一樣，具有鮮明的應用性和實踐性，為城市規劃、城市建設和城市管理服務。根據城市地理學的研究對象和任務，宋家泰提出城市地理學的研究內容主要包括以下幾個方面：經濟中心建設，城市（鎮）居民點體系和地區經濟組成經濟網絡的研究；城市發展和城鎮布局的自然條件研究；城市歷史地理特征及其對現代城市規劃布局影響的研究；城市人口增長和社會就業與消費的地理研究；城市經濟結構、交通、居住質量、郊區農業、土地利用結構和旅游事業的地理研究；城市生態環境研究。根據城市地理學的研究內容，結合當時科學技術，特別是系統理論、系統分析控制論和信息技術的發展，總結出了當時城市地理學研究的方法和技術：①城市系統分析和城市地理數學模型的方法；②城市地理調查和空間抽樣調查；③城市發展的歷史和地理比較方法；④綜合分析方法；⑤城市信息系統方法；⑥遙感技術的應用。