Definito un artista non facilmente classificabile, all’attività di pittore e abilissimo disegnatore, si affianca quella di scrittore, critico d’arte, incisore, regista. Dal mondo contemporaneo trae stimoli unicamente per la ricerca della bellezza, evocata tramite la sua singolare padronanza delle tecniche pittoriche. In gran parte delle sue opere è sottolineata l’adesione al simbolismo, nelle figure e nelle decorazioni, che sembrerebbe in contrasto con il verismo dei suoi paesaggi o studi di animali.

Apprende le prime nozioni di disegno dal nonno Girolamo e dal padre Raffaello entrambi scultori. Studia la scultura classica ai Musei Vaticani e comincia a dipingere dal vero nella campagna romana. Esordisce giovanissimo alla Mostra Internazionale di Roma del 1883 con un dipinto di sapore verista ispirato alla malaria. Nel 1882 diviene illustratore sulla rivista "Cronaca Bizantina" attorno alla quale gravitava l’ambiente letterario romano di D’Annunzio, Carducci, Scarfoglio, Michetti. Nel 1884 compie un viaggio a Parigi studiando le decorazioni settecentesche di Versailles e Fontain bleau. Da questo momento in poi la sua pittura oscillerà fra elaborate rappresentazioni mitologiche come il trittico I figli di Caino che ottiene la medaglia d’oro all’Exposition di Parigi del 1889 e sobri quadri di paesaggio. Dal 1890 comincia ad esporre soggetti dedicati alla campagma romana e all’agro pontino alle mostre di "In Arte Libertas", iniziando la sua vasta produzione di pittura di paesaggio che fu una vera rivelazione; partecipa nello stesso anno alla mostra degli Amatori e Cultori con il dipinto Veduta di Ninfa del 1890. Probabilmente tramite la Società In Arte Libertas approda alla fine del secolo ad Anticoli Corrado dove soggiornerà a più riprese nel corso degli anni. Dal 1896 al 1899 su invito di Carlo Alessandro di Sassonia, insegna pittura all’Accademia di Belle Arti di Weimar; in questo periodo esegue innumerevoli studi di animali nei giardini zoologici di Lipsia e di Dresda, portando inoltre a termine il grande dittico Diana d’Efeso e gli schiavi e La Gorgone e gli eroi, iniziato nel 1893 come un’ unica grande tela e poi diviso in due parti, presente alla III Esposizione Internazionale d’Arte di Venezia del 1899.

Nel 1904 è tra i fondatori del gruppo de "I XXV della Campagna Romana". Nel 1908 viene commissionata a Sartorio la realizzazione del fregio decorativo per la nuova aula di Montecitorio costruita da Basile, che porterà a termine nel 1912.

Dopo la guerra, a cui partecipa come volontario, sperimenta le tecniche cinematografiche e sceglie Anticoli Corrado per ambientare un film "Il mistero di Galatea" nel 1920, in cui si serve degli abitanti del luogo come attori e in cui egli stesso è interprete, regista e sceneggiatore.  Nei primi anni Venti compie numerosi viaggi in Egitto, Siria, Palestina eseguendo studi e appunti di impressioni di viaggio. Nel 1924 come Commissario per le Belle Arti, effettua il periplo dell’America Latina accompagnando una sua mostra itinerante di disegni eseguiti nel periodo trascorso al fronte. La LEONESSA conservata al Civico Museo di Anticoli, e realizzata dal vero nel giardino zoologico di Buenos Ayres nel 1924, testimonia la particolare attenzione che Sartorio ha dedicato allo studio degli animali, dai cavalli e dai bufali delle prime immagini dell’agro pontino, alle tigri e leoni degli zoo di Dresda e Lipsia. Nel 1929 riceve il titolo onorifico di Accademico d’Italia. Dal 1930 e fino alla morte è impegnato ad eseguire i bozzetti e i cartoni per la decorazione a mosaico del nuovo Duomo di Messina.