曹州济阴（今定陶）人，隋末农民起义瓦岗军著名将领。611年（隋大业七年），隋朝东郡法曹、韦城人翟让在瓦岗寨（今河南滑县附近）聚众起义。这是继邹平王薄（号知世郎）据长白山起义后的又一支起义队伍，是隋末农民起义中时间早、影响大的一支义军。单雄信跟翟让是故交，遂集合乡里年轻人投奔了起义军。单雄信骁勇健捷，善于马上用槊（即矛，也称枪），名冠诸军，军中号称“飞将”。瓦岗军发展很快。外黄王当仁、济阳王伯当、雍丘李公逸、韦城周文举等小股义军纷纷加入瓦岗军。617年（隋大业十三年）瓦岗军设官建制，单雄信被任命为左武侯大将军，与徐世勣同为瓦岗军的统军大将。这时瓦岗军已成为中原最大的义军队伍，形成了对隋朝东都的包围。隋炀帝游幸江都，听到瓦岗军的声势，吓得不敢返回东都。
随着瓦岗军的发展，也混进了一些隋朝官吏和地主、贵族。616年（隋大业十二年），贵族出身的李密参加了瓦岗军。次年十一月，李密和翟让的矛盾尖锐起来。李密先发制人，在一次酒宴上杀害了翟让。当时在场的单雄信，吓得叩头求饶。李密没杀单雄信，让其到军营中宣布翟让的“罪状”，安定军心，又把翟让的军队交给其旧部单雄信、徐世勣、王伯当分别统领，这场残杀引起的骚动才平静下来。
618年（唐武德元年），原隋朝东都留守王世充自称皇帝，乘瓦岗军刚刚战败宇文化及、兵力损失严重之机，向瓦岗军发动进攻。双方在偃师、北邙一带布阵会战。结果瓦岗军大败，瓦岗军洛口守将邴元真投降，李密进退失据，驻扎在偃师城北的单雄信看到李密失利，先是按兵不动，后竟率部投降了王世充。李密奔唐。620年（唐武德三年），李世民率唐军进攻洛阳王世充。一次，李世民率领500骑兵巡视地形，刚登上北邙山的魏宣武陵，就被王世充的万余骑兵包围。单雄信挺槊直刺李世民，险些刺中，唐将尉迟敬德跃马大呼，横刺单雄信坠马，救了李世民一命。次年夏，单雄信率骑兵出击唐军，唐朝齐王李元吉迎战不利，唐朝行军总管卢君谔战死。但局部胜利改变不了整个形势。王世充的将士不断投降唐军，援救王世充的窦建德也屡遭挫败，军心涣散，成皋（今河南荥阳汜水镇）一战，窦建德受伤被擒，全军覆没。李世民回师洛阳，兵临城下。王世充孤立无援，只好向李世民投降，单雄信也成了阶下囚。李勣（即徐世勣，投唐后被赐李姓）跟单雄信有生死之交，以自己的官位爵禄为单雄信求情，李世民不允，单雄信等遂被斩首于洛水之上。