Во внутренней политике, как истовый католик, стремился к упрочению в Речи Посполитой католицизма, уничтожению протестантизма и православия (подавил восстания Косинского (1591—1593), Наливайко (1594—1596), Жемайло (1625), Федоровича (1630), неудачно пытался ограничить права сеймов, что подрывало положение вольностей шляхты.
В 1606-1609 годах противостояние польских дворян и короля вылилось в восстание, в результате которого попытки абсолютизации и централизации власти Сигизмундом III были прекращены. Тем не менее, именно царствование Сигизмунда считается началом эпохи разложения Польского государства. В 1592 году после смерти отца Сигизмунд поехал в Швецию и короновался шведской короной (1594 год), в результате чего возникла польско-шведская уния. Но, пытаясь провести в лютеранской Швеции идеи контрреформации, новый король столкнулся с оппозицией общества и в 1599 году был отстранён от шведского престола, а королём Швеции на сейме в Норрчёпинге в 1604 году под именем Карла IX стал его дядя Карл, герцог Седерманландский.
После смерти первой жены Анны Габсбургской в 1598 году Сигизмунд в 1605 году женится на её сестре Констанции. Та умерла 10 июля 1631 года. Сигизмунд тяжело переживал утрату и умер от инсульта 30 апреля 1632 года.