洪堡出身于德国贵族家庭，从小对大自然充满离奇古怪的幻想。为了长大能揭示自然的奥秘，他先后学习了经济学、工程学、矿业学和地质学。丰富的知识加上父母的遗产，为洪堡投身科学、从事地质考察创造了有利条件。洪堡在学生时代曾游历比利时、荷兰、英国和法国。从矿业学院毕业后，又只身考察了德国南部以及意大利和瑞士。
1796年，洪堡决定实现心中的理想，准备去美洲进行长途科学考察旅行。第一次来到令人向往的南美洲大陆，洪堡的内心充满了激动和欣喜，对于这里的一切他都感到很好奇。
洪堡攀登了无数高山大川，采集了许多奇花异草，足迹遍布野兽隐没的原始密林、人迹罕见的热带草原、藏匿于河床下和洞穴里的未开化的原始部落……从一只小小的飞虫，到巨大岩洞中那些灭了种的部族人的尸骨，他都收藏起来。每一样东西，洪堡都视为珍宝，捧在手里仔细研究着。
1800年，洪堡和邦普朗一同坐着小船沿委内瑞拉最大的河流奥里诺科河划行了2760千米，对大部分无人居住的森林区进行了测量制图，并证实了该河通过一条支流与南美第一大河亚马逊河相通，这是科学史上的又一可喜成绩。
在这次考察途中，洪堡和邦普朗遇到了前所未有的艰辛和困苦，因为在热带雨林里，高大多层的乔木，茂密而矮小的灌木，铺满地面的草本植物，以及缠绕于乔木茎干上的藤蔓简直交织成一片绿色的屏障，要在这种地方行进，自然是十分困难的。但是，对洪堡和邦普朗来说，这种地方却正是观察热带雨林景象和探索大自然奥秘的最理想地区。
在这种情况下，洪堡和邦普朗不得不以香蕉和鱼为主食；时常遭受成群蚊虫、蚂蚁和其他昆虫的叮咬，以及毒蛇、食人鱼和鳄鱼的侵袭。在此期间他们还患上了热病，然而他们还是凭借惊人的毅力坚持走完了全程，观察并记录下各种自然现象，用仪器测定经纬度，还收集了数以千计的植物和岩石标本，为科学研究提供了众多宝贵的资源。
1801年，洪堡和邦普朗准备好一切仪器和日用品，开始了对哥伦比亚、厄瓜多尔和秘鲁的安第斯山脉的探险。这一次，洪堡攀登和考察了厄瓜多尔境内的许多火山，为了收集从地球内部释放出来的气体，他一再走下活火山口中的深处。在仔细观察了安第斯山的岩石以后，他认为他的老师维尔纳关于岩石皆由水成的说法是错误的，并断言花岗岩、片麻岩和其他结晶岩都是火成岩。
他和邦普朗还攀登了钦博拉索山（当时人们认为它是世界最高峰），爬到海拔5878米处，这是当时人类所到过的最高点，这一记录一直维持了29年之久。在高山峻岭之中，洪堡忙着用空盒气压表测定高度，用温度表测定气温，用磁力仪测定地球磁场，观察热带山区的气温、气压、植物和农业随高度不同而明显变化的有趣现象，他还记载了因缺氧而导致的高山疾病的征象。
当他们到达秘鲁首都利马的时候，已经是1803年的春天，这是他们到来的第5个年头了。这时，洪堡他们已经采集了几十箱子和锡盒的防腐昆虫、植物标本和鸟兽的皮，有的还保存得挺好，有的却受潮或发霉了。洪堡写下的笔记，已经通过各种航船往家里寄走了许多，但身边还有更多的记满了各种资料的笔记本。洪堡感到该是回去整理、分析这些宝贵资料的时候了。于是，两人于1804年6月30日返回欧洲。
返归欧洲后不久，洪堡和邦普朗便留居在巴黎，并在这里居住的20余年里，写下了大量科学著作，主要有《新大陆热带地区旅行记》、《自然界的景象》、《新西班牙王国》、《新大陆地理》等。他通过实际考察并分析对比各种资料，发现了气候垂直变化的规律，就是说气温随着地势的升高而降低，而不同高度上的植物和动物也会相应地发生变化。他提出了等温线的概念，并绘制出世界上第一张年平均气温分布图。
1827年，洪堡终于回到了柏林，然而他的私人财产由于他的旅行和印刷发行他的科学论著而耗尽了，于是他接受了普鲁士王宫一个宫廷大臣的职位。
1829年，60岁的洪堡接受了俄国沙皇的邀请，乘车去西伯利亚探查矿源，这是他最后一次远征。他倾注全部精力撰写《宇宙》这部驰名全球的自然地理学巨著。在完成这部书的两天后，他轻松地离开人世。德国摄政王下令为洪堡举行国葬，柏林全体市民为这位献身科学的传奇式人物服丧。