1805年4月2日,安徒生出生在丹麥歐登塞,是家中獨子。父親漢斯·安徒生(Hans Andersen)是一名鞋匠,體弱多病。母親長父親幾歲,名安娜·瑪麗亞(Anne Marie Andersdatter),是一名洗衣婦。一家人住在一間窄小的房子裡。父母自由的教育環境,父親雖沒機會受到教育但卻酷愛文學,經常給安徒生念故事,認識丹麥語。還有母親的鼓勵:家中的各種裝飾成了他幼年時期的小天地,他在家中搭起玩具劇場,給他的木偶做衣服,並用讀過的作品給木偶定人物角色,講作品人物用木偶戲形式再現出來。
1816年安徒生的父親逝世,家中只剩他和他母親兩個相依為命,生活更加貧苦。在這一期間他在織工和裁縫那裡當過學徒,還在一家香菸工場做過工,並且有逸聞稱那裡的同事們戲稱他是女孩子,還脫褲子檢查過。1819年的復活節,安徒生在位於丹麥菲英島北部港市歐登塞的聖克努特大教堂開始考慮他的未來。因為希望成為一名歌劇演唱家,安徒生在1819年的九月來到哥本哈根。由於聲音好,他被丹麥皇家劇院僱傭;但不久後嗓子卻壞了,並且失業。據指,起初他在劇院裡被當作一個瘋子,所以受到冷落,甚至差點餓死。
不過安徒生得到了音樂家克里斯多福·魏澤(Christoph Weyse)和西博尼(Siboni)的幫助,後來還得到詩人弗雷德里克·霍格·古德伯格(Frederik Hoegh Guldberg,1771—1852)的相助。雖然歌唱家的夢想破滅,可他還是被荷蘭皇家劇院接納為舞蹈學徒。同時他開始寫作。由於後來變得懶散起來,安徒生逐漸失去了古德伯格對他的厚愛;不過這時安徒生開始得到了皇家劇院的主管喬納森·柯林(Jonas Collin)的幫助,後來兩人成為了終身的朋友。
在納森·柯林的介紹和說服下,國王弗雷德里克六世對這個奇怪的男孩產生了興趣,決定把安徒生送到斯萊格思(Slagelse)的文法學校深造,並支付所有費用。在啟程之前,安徒生發表了他的第一篇短篇小說:《帕納托克墳墓的鬼》(1822年)。這個並不情願的後進生,先是留在了斯萊格思,後來又去了位於赫爾辛格的另一所學校,一直上到1827年。他在學校中仍然表現的得怪異,不合群,老師也常責罵他。安徒生後來將這些年描述為他生命中最黑暗和痛苦的時期。最後,柯林終於讓他畢業了。之後,安徒生去了哥本哈根。
1872年春,安徒生從床上摔下並受重傷,後來一直未能完全康復。1875年8月4日,安徒生在靠近哥本哈根一所名為Rolighed(意為「平靜」)的房子中逝世。其遺體下葬於哥本哈根Assistens墓園。
安徒生逝世時已經享譽世界。他被譽為丹麥的「國寶」,享有丹麥政府的定期津貼。在他逝世前,人們就已經開始準備為他樹立起大型的雕像。這座雕像現在豎立在哥本哈根羅森堡宮花園(Kongens Have)的顯著位置。