Nagyváradi gimnáziumi évei után 1859-től a jászóváripremontrei rendbe lépett. Az érettségit 1860-ban Rozsnyón tette le. Hosszú ideig tartó betegsége (TBC) miatt nem tett fogadalmat. 1862-ben kilépett a rendből és szülővárosában jogi tanulmányokat folytatott, majd Bécsben a természettudományi szakot végezte el. Mocsáry Béla író unokatestvére volt.
1870. április 27-én a Magyar Nemzeti Múzeum újonnan létrehozott Állattárában kapott segédi státuszt, Frivaldszky János és Karl János mellett kezdett dolgozni, 1882-től kapott segédőri, majd 1910-től igazgatóőri kinevezést. 1914. június 1-jén, nyugdíjazásakor kapta meg az osztályigazgató címet. A Hártyásszárnyúak gyűjteményét ő hozta létre.
17 évig folyamatosan gyűjtött az ország területén, de különösen Bihar vármegye faunája érdekelte, kiváltképp a hártyásszárnyúak rendjével foglalkozott. Számos új fajt talált és írt le.
A Magyar Természettudományi Múzeum Állattárának Hártyásszárnyúak (Hymenoptera) gyűjteményében található gyűjtéseinek nagy számú eredménye. Több mint 650 fémdarázs-fajt írt le. Bogarakat is gyűjtött és értékes anyagot szedett össze a Delibláti-homokpusztán, Szlavóniában és Erdélyben egyaránt.
“… az ő lankadatlan buzgalmával sikerült elérnie, hogy a Magyar Nemzeti Múzeum darázs- méh és hangya gyűjteménye most már a világ legnagyobb természetrajzi múzeumainak hasonnemű gyűjteményeivel mind gazdagságra, mind tudományos értékre nézve bátran vetekedhetik, sőt egyes részeiben azokat jóval felül is múlja.” (Csiki Ernő, 1916)
1882-ben elnyerte a Magyar Tudományos Akadémia Vitéz-díját fémdarázs monográfiájáért
Tiszteletére a tudósok 1 nemet és több mint 50 rovarfajt neveztek el. (A "Mocsarya" növényevő darázs genust F. W. Konow 1897-ben állította fel. "Mocsayi" alakban 50-nél több rovarfaj neve viseli családi nevét.)
1900. április 4-én királyi tanácsosi címet nyert a tudományosság terén szerzett érdemeiért
Természetrajzi szemelvények. Értekezések az állat- és növénytan köréből. Nagyvárad, 1868. (Podhráczky Ferenccel együtt).
A magyar fauna másnejű darázsai. Heterogynidae faunae Hungaricae. Budapest, 1880. (Mathematikai és Természettudományi Közlemények XVIII. Az első monográfia hazánkban a hártyásszárnyú rovarokról).
Földünk fémdarázsainak magánrajza. Monographia Chrysidarum orbis terrarum universi. Budapest, 1889. (Két táblával, 733 fajnak a leírása, az előszón kívül latinul van írva. Tízévi tanulmányainak eredménye. Ismertetése: Budapesti Szemle LXI.). A magyar akadémia III-ik osztályának külön kiadványa.
A magyar birodalom állatvilága. Fauna regni Hungariae. Hymenoptera. Magyarország ezeréves fennállásának emlékére kiadta a magyar természettudományi társulat. Budapest, 1897.
A magyar birodalom állatvilága. Fauna regni Hungariae. Neuroptera et Pseudo-Neuroptera. Budapest, 1899.
Emlékbeszéd Xántus János levelező tagról. Budapest, 1899. (Emlékbeszédek IX. 9. sz.).
Több mint 200 értekezése, cikke a következő folyóiratokban és hírlapokban jelent meg:
Magyar orvosok és természetvizsgálók Munkálatai, 1870.
A biharmegyei orvos-gyógyszerész és természettudományi egylet Évkönyvei, 1871.
Mathematikai és Természettudományi Közlemények, 1872-1883
Móczár László (2004. május). „Rovarász elődeink – Mocsáry Sándor” (35), 3. o, Kiadó: Magyar Rovartani Társaság. [2015. május 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. január 31.)
Papp Jenő: Mocsáry Sándor. In: Magyar Múzeumi Arcképcsarnok. Főszerk. Bodó Sándor - Viga Gyula. Kiad. Pulszky Társaság - Tarsoly Kiadó, Bp., 2002. 619-620. oldal
Móczár László: Mocsáry Sándor és a Természettudományi Múzeum Hymenoptera Gűjteménye. In: Állattani Közlemények, 1967. 54. évf. 89-97 I-II. tábla 1-3. fénykép
Papp Jenő: Mocsáry Sándor. In: Magyar múzeumi arcképcsarnok. Főszerk. Bodó Sándor, Viga Gyula. Budapest: Pulszky Társaság; Tarsoly. 2002. 619–620. o. ISBN 963-86222-4-5
Móczár László: Mocsáry Sándor (1841-1915). In: Élő Világ 2003. 50. szám, 30. 1-2 fénykép
Szelei László: Mocsáry Sándor. In: Tudomány és mezőgazdaság, 9., 1971. 6. szám 97-99. oldal
Mocsáry Sándor kitüntetése. A Természet 1900. VI. 1. (1-3. old.) Online