当初より世界宣教をテーマにしていたイエズス会は、ポルトガル王ジョアン3世の依頼で、会員を当時ポルトガル領だったインド西海岸のゴアに派遣することになった。しかし、当初派遣される予定だったニコラス・ボバティリャとシモン・ロドリゲスのうち前者が出発直前に熱病にかかったため、急遽代わりの宣教師として、当時ロヨラの秘書で布教先が未定だったザビエルに白羽の矢が立った。ザビエルはインドに行くことを即座に承諾し、1540年3月15日に慌ただしくローマを出発した。ザビエルは先に出発していたシモン・ロドリゲスとともにポルトガル経由でインドに発つ予定であったが、ロドリゲスがリスボンで引き止められたため、彼は他の3名のイエズス会員（ミセル・パウロ、フランシスコ・マンシリアス、ディエゴ・フェルナンデス）とともに1541年4月7日にリスボンを出発した（ちなみにこの日は彼の35歳の誕生日である）。8月にアフリカのモザンビークに到着、秋と冬を過して1542年2月に出発、5月6日ゴアに到着。そこを拠点にインド各地で宣教し、1545年9月にマラッカ、さらに1546年1月にはモルッカ諸島に行き宣教活動を続け、多くの人々をキリスト教に導いた。マラッカに戻り、1547年12月に出会った鹿児島出身の武士ヤジロウ（アンジロー〈音訳 安次郎〉）はザビエルに日本に来るようにすすめた。[4]
日本へザビエル会見の地（一宇治城）

1548年11月にゴアで宣教監督となったザビエルは、翌1549年4月15日、イエズス会士コスメ・デ・トーレス神父、フアン・フェルナンデス修道士、マヌエルという中国人、アマドールというインド人、ゴアで洗礼を受けたばかりのヤジロウら3人の日本人とともにジャンク船でゴアを出発、日本を目指した[注釈 4]。

一行は明の上川島（広東省江門市台山）を経由し、ヤジロウの案内でまずは薩摩半島の坊津に上陸、その後許しを得て、1549年（天文18年）8月15日に現在の鹿児島市祇園之洲町に来着した。この日はカトリックの聖母被昇天の祝日にあたるため、ザビエルは日本を聖母マリアに捧げた。

1549年9月には、伊集院城（一宇治城／現・鹿児島県日置市伊集院町大田）で薩摩国の守護大名・島津貴久に謁見、宣教の許可を得た[注釈 5]。ザビエルは薩摩での布教中、福昌寺の住職で友人の忍室文勝（にんしつもんしょう）と好んで宗教論争を行ったとされる。後に日本人初のヨーロッパ留学生となる鹿児島のベルナルドなどにもこの時に出会う。

しかし、貴久が仏僧の助言を聞き入れ禁教に傾いたため、「京にのぼる」ことを理由に薩摩を去った（仏僧とザビエル一行の対立を気遣った貴久のはからいとの説もある）。

1550年（天文19年）8月、ザビエル一行は肥前国平戸に入り、宣教活動を行った。同年10月下旬には、信徒の世話をトーレス神父に託し、ベルナルド、フェルナンデスと共に京を目指し平戸を出立。11月上旬に周防国山口に入り、無許可で宣教活動を行う。周防の守護大名・大内義隆にも謁見するが、男色を罪とするキリスト教の教えが義隆の怒りを買い、同年12月17日に周防を発つ。岩国から海路に切り替え、堺に上陸。豪商の日比屋了珪の知遇を得る。
失意の京滞在 山口での宣教

1551年（天文20年）1月、日比屋了珪の支援により、一行は念願の京に到着。了珪の紹介で小西隆佐の歓待を受けた。

ザビエルは、全国での宣教の許可を「日本国王」から得るため、インド総督とゴアの司教の親書とともに後奈良天皇および征夷大将軍・足利義輝への拝謁を請願。しかし、献上の品がなかったためかなわなかった。また、比叡山延暦寺の僧侶たちとの論戦も試みるが、拒まれた。これらの失敗は戦乱による室町幕府の権威失墜も背景にあると見られ、当時の御所や京の町はかなり荒廃していたとの記録もある。京での滞在をあきらめたザビエルは、山口を経て、1551年3月、平戸に戻る。

ザビエルは、平戸に置き残していた献上品を携え、三度山口に入った。1551年4月下旬、大内義隆に再謁見。それまでの経験から、貴人との会見時には外観が重視されることを知っていたザビエルは、一行を美服で装い、珍しい文物を義隆に献上した。献上品は、天皇に捧呈しようと用意していたインド総督とゴア司教の親書の他、望遠鏡、洋琴、置時計、ギヤマンの水差し、鏡、眼鏡、書籍、絵画、小銃などであった[注釈 6]。ザビエルは、初めて日本に眼鏡を持ち込んだといわれる。

これらの品々に喜んだ義隆はザビエルに宣教を許可し、信仰の自由を認めた。また、当時すでに廃寺となっていた大道寺をザビエル一行の住居兼教会として与えた（日本最初の常設の教会堂）。ザビエルはこの大道寺で一日に二度の説教を行い、約2ヵ月間の宣教で獲得した信徒数は約500人にものぼった。

また、山口での宣教中、ザビエルたちの話を座り込んで熱心に聴く盲目の琵琶法師がいた。彼はキリスト教の教えに感動してザビエルに従い、後にイエズス会の強力な宣教師ロレンソ了斎となった。
豊後国での宣教

ザビエルは、豊後国府内（現在の大分県大分市）にポルトガル船が来着したとの話を聞きつけ、山口での宣教をトーレスに託し、自らは豊後へ赴いた（この時点での信徒数は約600人を超えていたといわれる）。1551年9月、ザビエルは豊後国に到着。守護大名・大友義鎮（後の宗麟）に迎えられ、その保護を受けて宣教を行った（これが後に大友家臣団の対立を生む遠因のひとつとなった）。
再びインドへ

日本滞在が2年を過ぎ、ザビエルはインドからの情報がないことを気にしていた。そして一旦インドに戻ることを決意。11月15日、日本人青年4人（鹿児島のベルナルド、マテオ、ジュアン、アントニオ）を選んで同行させ、トーレス神父とフェルナンデス修道士らを残して出帆。種子島、中国の上川島を経てインドのゴアを目指した。1552年2月15日、ゴアに到着すると、ザビエルはベルナルドとマテオを司祭の養成学校である聖パウロ学院に入学させた。マテオはゴアで病死するが、ベルナルドは学問を修めてヨーロッパに渡った最初の日本人となった。
中国布教への志しと終焉、死後列聖までゴアのボム・ジェズ教会内・ザビエルの遺体が安置された棺1949年に日本に運ばれたザビエルの右腕

1552年4月、ザビエルは、日本での布教のためには日本文化に大きな影響を与えている中国での宣教が不可欠と考え、バルタザール・ガーゴ神父を自分の代わりに日本へ派遣。ザビエル自らは中国を目指し、同年9月上川島に到着した。しかし中国への入境は思うようにいかず、ザビエルは病を発症。12月3日、上川島でこの世を去った。46歳であった。

遺骸は石灰を詰めて納棺し海岸に埋葬された。1553年2月にマラッカに移送し、さらにゴアに移され、1554年3月16日から3日間、聖パウロ聖堂にて棺から出され一般に拝観が許された。そのとき参観者の一人の婦人が右足の指2本を噛み切って逃走した。この2本の指は彼女の死後聖堂に返され、さらに1902年そのうちの1個がハビエル城に移された[7]。遺骸は現在ボム・ジェズ教会に安置されている。棺の開帳は10年に1度行われ、最新の開帳は2014年11月23日から2015年1月4日の間に行われた[8]。