1566年（永禄9年）、真田昌幸の長男として生まれた。弟は真田信繁（幸村）。本多忠勝の娘で家康の養女である小松殿を正室に迎え、徳川家との絆を築いた。1600年の関ヶ原の戦いでは、父・昌幸と弟・信繁が西軍に属したのに対し、信之は東軍の徳川方に付いた。犬伏の別れと呼ばれるこの決断により、真田家は東西いずれが勝っても存続できる道を残した。戦後、上田藩3万石を経て、1622年に松代藩10万石に加増転封。以後、真田家を近世大名として確立させた。1656年に家督を譲り隠居。1658年（万治元年）10月17日、93歳の長寿を全うして没した。

冷静沈着で現実的な判断力を持つ。弟・幸村の華やかさとは対照的に地味だが、家の存続を第一に考える堅実な当主。長寿を全うした忍耐力の持ち主。

弟・幸村が「日本一の兵」として華々しく散ったのに対し、信之は真田家を守り抜き近世大名として存続させた。松代藩は幕末まで続き、佐久間象山など多くの人材を輩出した。93歳という戦国武将としては異例の長寿も語り草となっている。