Nagyapja elismert belgyógyász, kórházigazgató, apja gépészmérnök volt, de az irodalom legalább olyan mértékben jelen volt a család életében, mint a természettudományok. Kamaszként Cicero egyik munkájának hatására kezdett el érdeklődni az ókor iránt, de hamar rájött, hogy ehhez szüksége van a latin és az ógörög nyelv ismeretére, amelyet magánúton kezdett el tanulni. Szülei nem ellenezték, hogy bölcsész legyen, az egyetemen a görög és a latin mellett az angol és magyar szakon is végzett szemesztereket.
Az ELTE Bölcsészettudományi Karán 1952-ben kapott görög–latin szakos tanári diplomát, majd 1965-ben magyar szakos középiskolai tanári oklevelet is szerzett. Végzése után tanársegédként dolgozott a görög nyelvi és irodalmi tanszéken. Az 1956-os forradalom után két évvel, 1958-ban a gazdasági helyzetre való hivatkozással megkezdett leépítések során „népgazdasági érdekből” átirányították a középfokú oktatásba – valójában egyetemi kollégája, a halálra ítélt és kivégzett Brusznyai Árpád melletti kiállásáért kellett távoznia. Tizenkét évig az óbudai Martos Flóra Gimnáziumban tanított latint és történelmet, amit ő nem tekintett büntetésnek, mondván: „egy középiskolai tanárnak a középiskola nem lehet büntetés”, sohasem panaszkodott, sőt szép időszakként emlékszik ezekre az évekre.
1970-ben visszakerült az ELTE-re, a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) ókortudományi tanszéki kutatócsoportjának tudományos munkatársa, majd főmunkatársa lett. A görög–latin kultúrával és a klasszika-filológia történetével foglalkozó írásaira a tudományos világ is felfigyelt. Az irodalomtudomány doktora fokozatot 1985-ben A korai görög epika című értekezésével nyerte el. 1986-tól az egyetem latin nyelvi és irodalmi tanszékén volt egyetemi tanár, 1987 és 1993 között ugyanitt tanszékvezető. 1999-es nyugállományba vonulása után oktatói tevékenységét professor emeritusként folytatta. 1980-ban a Magyar Ókortudományi Társaság főtitkárává, 1985-ben ügyvezető társelnökévé, 1991-ben elnökévé választották, e tisztséget 1997-ig töltötte be.
Ösztöndíjasként Oxfordban, a Magdalen College-ban kutatott (1982), vendégtanár volt a grazi (1991) és a heidelbergi (2000) egyetemeken. Folyamatosan jelentek meg publikációi a görög-latin költészet, a görög esztétikai gondolkodás és a magyar klasszika-filológia történetének témaköreiben. Kiadta Arany János kéziratban és töredékesen megmaradt Szophoklész-fordításait, a görög zeneesztétikával kapcsolatos kutatásai úttörő jelentőségűek. 1993-tól tíz éven át az Acta Antiqua című tudományos szakfolyóirat főszerkesztője volt, több ókori témájú egyetemi és középiskolai tankönyv szerzője vagy társszerzője. Úgy véli, minden kornak újra fel kell fedeznie a több ezer éve írott műveket, mert az ókori kultúra emlékeiben a mának szóló üzenet az igazán izgalmas.
1990-től a Magyar Tudományos Akadémia levelező, 1993-tól rendes tagja. 1990-től az MTA Nyelv- és Irodalomtudományi Osztályának elnökhelyettese, majd 1996 és 1999 között elnöke volt, e minőségében az MTA elnökségének is tagja volt. 2007-ben a Vallástudományi Elnöki Bizottság elnöke lett.
A református egyház ifjúsági tevékenységében már az 1950-es évek elején tevékeny szerepet játszott. 1956 után ötvenöt évig volt a budapesti Kálvin téri egyházközség presbitere, majd tiszteletbeli főgondnoka. A Magyar Református Presbiteri Szövetség elnöke is volt, és komoly munkát vállalt az új budapesti református középiskola megindításában.
Ritoók Zsigmond 1992-ben a Szent-Györgyi Albert-díjat, 1995-ben a Magyar Köztársasági Érdemrend középkeresztjét vehette át. 2001-ben Széchenyi-díjat kapott következetes, a magyar ókor- és irodalomtudományt gazdagító tevékenységéért, különös tekintettel a Homérosz-filológiában és az epika elméleti kérdéseinek vizsgálatában elért eredményeiért, nemzetközileg is nagyra becsült életművéért. 2008-ban megkapta a Magyar Köztársasági Érdemrend középkeresztje a csillaggal polgári tagozatát. 2009-ben a legnagyobb presztízsű magánalapítású tudományos elismeréssel, a Bolyai-díjjal tüntették ki, 2012-ben Prima díjat, 2016-ban Magyar Örökség díjat kapott. Díszdoktora az Eötvös Loránd Tudományegyetemnek, a Károli Gáspár Református Egyetemnek és a Debreceni Református Hittudományi Egyetemnek. 2018-ban megkapta a Corvin-lánc kitüntetést.
Mint nyilatkozta, szerencsésnek tartja magát, mert sohasem volt kérdéses számára, mivel szeretne foglalkozni, és egész életében azt csinálhatta, amit szeret.
