Germà de Wilhelm von Humboldt. Estudià a Frankfurt, Berlín, Göttingen i Friburg de Brisgòvia. Viatjà per Europa i alhora aprofundí els seus estudis. Acompanyat del botànic francès A. Bonpland feu una gran expedició científica pel continent americà, durant la qual (1799-1804) explorà regions de les actuals Veneçuela, Cuba, Colòmbia, l’Equador, el Perú i Mèxic. Entre les contribucions d’aquest viatge cal esmentar la localització del Casiquiare, l’estudi i l’ascensió dels vessants del Chimborazo, l’estudi dels páramos andins i la tasca cartogràfica duta a terme a Mèxic. Posteriorment residí a París fins el 1827, on publicà una relació de l’expedició. Establert novament a Berlín, influí sobre els medis culturals a través de conferències i lliçons. El 1829, acompanyat d’Ehremberg i G. Rose, començà una expedició a l’Àsia central —Urals, Sibèria, Altai, mar Càspia— subvencionada pel govern rus.
El rigor científic d’aquestes expedicions li donà una gran reputació: un bon nombre d’accidents físics (rius i cims), i també animals i plantes, porten el seu nom. Les seves encertades observacions i les seves aportacions científiques en fan un dels grans creadors de la geografia moderna, molt particularment en el camp de la geobotànica. La seva obra escrita és molt extensa: Voyage aux régions équinoxiales du Nouveau Continent (1805), Ansichten der Natur (’Aspectes de la natura’, 1808), Examen critique de l’histoire et la géographie du Nouveau Continent (1836), Asie Centrale (1843) i Kleinere Schriften (’Escrits menors’, 1853). La seva obra fonamental és Kosmos (1845).