Överordnad kongresspartiledare Rahul Gandhi och flera regeringsministrar från delstaten Punjab var bland den stora folkmassan som närvarade vid statsbegravningen i Singhs hemby.
Singh, dömd till döden av Pakistan 1991, dog efter att ha blivit attackerad med tegelstenar av interner i Lahores fängelse.
Delhi kallade attacken "barbarisk".
Den indiska statsministern Manmohan Singh har krävt att förövarna ska ställas inför rätta.
Sarabjit Singh hade dömts för spioneri och över hans roll i bombattacker som dödade 14 personer i Pakistan i 1990.
Av Ravinder Singh RobinJournalist
En 21-gun salut avfyrades när tusentals sörjande samlades på kremeringsmarken i byn Bhikhiwind, i stadsdelen Punjab Tarn Taran.
Sarabjit Singhs syster Dalbir Kaur, som i åratal obevekligt hade kämpat för att få sin bror frigiven, tände begravningsbålet med hjälp av en lokal politiker.
Singhs kista bars genom bygator fodrade med tusentals åskådare, innan den nådde kremeringsmarken. Tusentals poliser utplacerades för att garantera säkerheten. Alla vägar som ledde till den lilla byn vid gränsen mellan Indien och Pakistan var fulla av folk som försökte ta sig till platsen.
Tidigare hölls Singhs kropp i en skola där tusentals människor besöktes sedan tidigt på fredagen för att visa sin respekt. Hans kista förvarades på en plattform, draperad i nationalflaggan, och besökare sågs sätta blommor på hans kropp.
Hans fru, döttrar och syster satt i närheten, sörjande, medan några av besökarna höjde paroller om "Lång leve Sarabjit" och "Död till Pakistan".
Hans familj insisterade alltid på att han var oskyldig och hade förirrat sig in i Pakistan av misstag när han arresterades.
Frågan riskerar att väcka nya spänningar mellan de kärnvapenbeväpnade grannarna och långdragna rivaler, säger korrespondenterna.
Samtidigt en pakistansk fånge, Sanahullah Haq, drabbades av kritiska huvudskador efter att han attackerades av en medfånge vid högsäkerhet Kot Bhalwal fängelse i Jammu, i indisk-administrerad Kashmir.
Han har blivit inlagd på intensivvård på ett Jammusjukhus och läkare säger att han ligger i koma.
Polisen säger att Haq har suttit i fängelse i 17 år för militansrelaterade anklagelser.
Hans angripare, säger polisen, är en före detta indisk armésoldat dömd för mord. Enligt rapporter inträffade attacken på fredag morgon efter ett gräl mellan de två männen.
Pakistans regering utfärdade ett uttalande som uttrycker "djup oro" över attacken och säger att det hade sökt "omedelbar konsulär tillgång" till Haq.
Attacken var "uppenbarlig vedergällning" för mordet på Sarabjit Singh, tillade den.
Kroppen av 49-årige Sarabjit Singh flögs till Amritsar, norra Indien, från Lahore på torsdag.
Hundratals sörjande väntade på flygplatsen och beskrev Sarabjit Singh som en "martyr".
Hans död utlöste protester i Indien, som folk brände pakistanska flaggor och anklagade Islamabad för en konspiration för att döda honom.
Från Soutik BiswasIndien korrespondent
Hans kropp överlämnades till hans familj i byn Bhikhiwind för fredagens kremering.
I ett uttalande, Manmohan Singh kallade Sarabjit Singh "en modig son av Indien" och sade attacken var "barbarisk".
"Det är särskilt beklagligt att Pakistans regering inte lyssnade till vädjanden från Indiens regering, Sarabjits familj och det civila samhället i Indien och Pakistan att ta en humanitär ståndpunkt i detta fall", tillade han.
Han hänvisade till barmhärtighet framställningar som hade avvisats av pakistanska domstolar och tidigare president Pervez Musharraf.
Sarabjit Singhs syster Dalbir Kaur kallade sin brors död "ett mord av Pakistan".
Kaur sade att hon skulle fortsätta kämpa för att släppa andra indiska fångar i pakistanska fängelser.
Samtidigt har regeringen i Punjab förklarat en tre dagar lång statssörjning och Punjabförsamlingen har enhälligt antagit en resolution om att Sarabjit Singh är "nationell martyr".
Sarabjit Singh föll i koma efter fredagens attack på sjukhuset i Lahore Jinnah och dog på torsdagsmorgonen.
Han blev överfallen när han och andra fångar fördes ut ur deras celler för en timmes paus.
Dödsruna: Sarabjit Singh
Två interner har åtalats för attacken och två tjänstemän har blivit avstängda.
Den pakistanska utrikesdepartementet sade Sarabjit Singh hade fått "den bästa behandling tillgängliga" och att "medicinska personalen på Jinnah Hospital hade arbetat dygnet runt... för att rädda hans liv".
Men en pakistansk underrättelsetjänsteman kritiserade Indien för den ära Singh fick, säger han hade varit inblandad i bombattacker i Pakistan och bör inte behandlas som en hjälte i hans hemland.
Spänningar mellan de två länderna hade redan ökat under de senaste sex månaderna med avrättningen i Indien av Kashmiri Afzul Guru över 2001 attacken på Indiens parlament, och Mohammed Ajmal Qasab, en pakistanier som var den enda överlevande revolverman från 2008 Mumbai attacker.
Sarabjit Singhs advokat Owais Sheikh sa att hans klient hade fått hot efter Gurus avrättning.
Pakistan och Indien arresterar ofta varandras medborgare och anklagar dem ofta för att vara spioner efter att de har förirrat sig över land- eller sjögränsen.
På senare år har flera indianer som återvänder från pakistanska fängelser erkänt att de spionerar.
Sarabjit Singh, indianen dömd för spioneri i Pakistan och dödats i ett pakistanskt fängelse förra veckan, har kremerats i Indien mitt i massskandal.