Cette expression est une variante de « A la sueur de son visage », datant du 14e siècle, et de « à la sueur de son corps », du 15e siècle.
Il s'agit d'une allusion à la Bible d'après laquelle Adam et Eve furent chassés du jardin d'Eden pour avoir cédé à la tentation, et durent alors vivre de leur travail.
La « sueur » représente donc un effort pénible, et « à la sueur de son front » signifie que l'on réalise un objectif très difficilement.