柔道は8歳の時に和柔会道場で始めた。日進中学3年の時には全国中学校柔道大会の70kg超級に出場するが初戦で敗れた。和歌山商業高校に進むと、2年と3年の時にはインターハイ78kg超級の3回戦で敗れた。また、2年の全国高校選手権無差別でも3回戦で敗れるなど結果を残せなかった。2013年に大阪体育大学へ進学すると結果を出し始めて、2年の時には全日本ジュニアの決勝で渋谷教育学園渋谷高校3年の朝比奈沙羅に合技で敗れるが2位となった。学生体重別では3位に入った。3年の時には無差別の全日本選手権に出場すると、準決勝でミキハウスの山部佳苗に払腰で敗れたものの3位入賞を果たした。ユニバーシアードの個人戦無差別では3位だったが、団体戦では1試合のみの出場だったが勝利して、優勝メンバーの一員として名を連ねることになった。学生体重別では決勝で山梨学院大学4年の井坂希望を内股の技ありで破って初優勝を飾った。講道館杯では5位にとどまった。4年の時には大阪体育大学がアスリートや指導者の養成や支援を目的とするために起ち上げた「DASHプロジェクト」の対象に選ばれた。学生体重別では準決勝で東海大学2年の朝比奈に払巻込の有効で敗れて3位だった。講道館杯でも準決勝で朝比奈に敗れて3位だった。2017年からはミキハウスの所属となった。4月の体重別では初戦で朝比奈を有効で破って3位となった。続く全日本選手権では準々決勝で朝比奈と対戦すると、GSを含めて11分45秒もの戦いの末に大内返で有効を取られて敗れた。7月のグランプリ・フフホトでは準決勝でウクライナのエリザベータ・カラニナに敗れて3位だった。講道館杯では準決勝で南筑高校2年の素根輝に技ありで敗れて3位だった。2018年からは福井県スポーツ協会の所属となった。4月の体重別では準決勝で朝比奈に合技で敗れた。三井住友海上の稲森奈見が左膝を負傷したために、代わってアジア大会の団体戦代表に選ばれた。9月のアジア大会男女混合団体戦では初戦の韓国戦のみの出場だったが反則負けするもチームは勝利すると、その後優勝を飾ったIJF世界ランキングは386ポイント獲得で51位(18/12/10現在)。
大阪府生まれ。弘前藩士、沖縄県警察部長・田中坤六の二男として生まれ、外交官・佐藤愛麿の養子となる。旧制正則中学校（正則高等学校の前身）卒。1904年（明治37年）、東京高等商業学校（一橋大学の前身）全科卒。同専攻部領事科へ入学。一橋では同級生の向井忠晴（三井総元方理事長や大蔵大臣を歴任）や福島喜三次（元三井合名理事）と首席を争った。後年向井に駐米大使を打診したが飛行機嫌いであるとして固辞されている。1905年（明治38年）、外交官及び領事官試験に合格し外務省入省。在ロシア公使館外交官補（のち三等書記官）、ハルビン領事（のち総領事）、在スイス公使館一等書記官、在フランス大使館一等書記官、在ポーランド公使を歴任した。ロシア革命が勃発した当時はハルビン総領事の職にあり、1917年12月にボリシェヴィキ勢力がハルビンの制圧を図った際には、他のハルビン駐在連合国領事らと領事団を結成して当時の中華民国政府（北京政府）に介入を要請し、中国軍によってハルビンのボリシェヴィキ関係者は排除された。このあとハルビンでは陸軍を中心としてグリゴリー・セミョーノフやドミートリー・ホルヴァートといった反革命勢力の人物を擁立する動きがあった。日本は1918年8月からシベリア出兵に踏み切るが、佐藤は外務省関係に多かった「出兵に熱心な者」の一人と評されている。1927年（昭和2年）に国際連盟帝国事務局長、1929年（昭和4年）のロンドン海軍軍縮会議では事務総長を勤め、1930年（昭和5年）、駐ベルギー特命全権大使に就任する。このベルギー大使在任時の1931年9月、国際連盟第12回総会に出席中満州事変勃発の報が入り、直後の国際連盟第65回理事会で佐藤は中国の理事からの非難に直面することとなる。続く第66回理事会は第一次上海事変のあとに開かれ、ここで佐藤は世界からの非難を一身に受けながら日本の立場の説明をおこなうとともに、政府に対しては自制を訴えた。しかし日本は満州国を承認、1933年（昭和8年）の国際連盟総会でリットン調査団による報告書の採択の際は、代表団の一員として松岡洋右主席代表や長岡春一駐フランス大使とともに議場を退席した。同年、駐フランス特命全権大使。1935年（昭和10年）、入省30年を迎えたのを機に辞任を申し出、翌年退任する。1937年（昭和12年）、日本への帰国早々林内閣で外務大臣に就任。佐藤は入閣の条件として、平和協調外交、平等の立場を前提とした話し合いによる中国との紛争解決、対ソ平和の維持、対英米関係の改善の4つを林首相らに提示し、これを確認した上で就任を受諾した。だが、就任直後の帝国議会で、持論の中国との話し合いを説き、戦争勃発の危機は日本の考え方次第であると述べた内容が、軍部や右翼から「軟弱外交」と非難を浴びることになった。そうした状況でも関東軍が推し進めた華北分離工作に反対し、中国との対立を避けるためにその具体策として日華貿易協会会長児玉謙次を団長とする経済使節団を中国に派遣した。使節団の一行は、3月12日に神戸港を出帆して中国に渡り、蒋介石と会見し、中国政府要人及び経済人と26日まで幾度か会合し、協議した。しかし林内閣の総辞職とともに退任。その直後に盧溝橋事件が起きた。1938年（昭和13年）、外務省外交顧問。1940年（昭和15年）、駐イタリア特命全権大使。1942年（昭和17年）、東郷茂徳外務大臣に請われ駐ソビエト連邦特命全権大使就任。1946年（昭和21年）、枢密顧問官。1947年（昭和22年）4月、第1回参議院議員通常選挙に青森県選挙区から出馬し参議院議員に当選。以後、第3回、第5回通常選挙で当選し、連続3期務めた。参議院議員時代に緑風会の結成に参加した。阿波丸事件において賠償権放棄の決議案提出に提出者の1人として関わるが、その内容には批判的だった。1947年、出淵勝次の死去に際しては、参議院本会議で弔意決議案を提出した。1956年（昭和31年）12月の国際連合加盟に際し、日本国政府代表として重光葵外務大臣に同行し国際連合総会に出席。1965年（昭和40年）7月、第7回通常選挙に出馬せず引退。参議院では、1948年（昭和23年）、参議院外交委員長、1949年（昭和24年）参議院議長などを歴任。その他、1953年（昭和28年）から1971年（昭和46年）まで、伊勢神宮奉賛会初代会長。また日本国際連合協会会長等も務めた。