Pozsony városában látta meg a napvilágot. Szülei még 1807-ben elváltak, apja, Batthyány János gróf 1812-ben meg is halt. Anyja az akaratos, de nemes lelkű fiú neveltetését előbb házitanítóra bízta, majd nyolcévesen egy bécsi nevelőintézetbe adta. 1824-től két évig egy polgári származású tanára házánál lakott, itt ismerte meg a francia felvilágosodás és a kor liberalizmusának eszméit. Magas pártfogó segítségével 1826-ban belépett a hadseregbe, már a szolgálat mellett tett huszonegy évesen jogi vizsgát a zágrábi akadémián. Költséges életvitele miatt adósságokba és anyjával ellenségeskedésbe keveredett, a családi perpatvarnak a kancellária által létrehozott egyezség vetett véget. Batthyány nagykorúságának elérésekor, 1831-ben alhadnagyként, rangjának megtartása nélkül kilépett a szolgálatból és birtokai rendbetételének szentelte magát. Ikerváron gazdálkodott, 1834-ben megnősült, gróf Zichy Antóniát vette feleségül. A következő években több nyugat-európai utazást tett, tudatosan készült közéleti szerepére. 1839-ben megjelent a pozsonyi országgyűlésen, ahol rövidesen az ellenzéki mágnás ifjak csoportjának vezetője lett, beszédeiben a szólás- és vallásszabadság mellett állt ki. 1841-től Pesten lakott, palotája az ellenzék találkozóhelye lett. Az 1843-44-es országgyűlésen már a főrendi ellenzék elismert vezetőjének tekintették. Részt vett az ipar színvonalának emelésére szervezett Iparegyesület tevékenységében, itt került kapcsolatba Kossuth Lajossal, akinek követté választását ő vitte keresztül 1847-ben; ebben az évben az ő elnökletével dolgozták ki az Ellenzéki Nyilatkozatot.
Az 1848-as párizsi forradalom kitörése után a pozsonyi diétán az alsótábla megszövegezte a felelős magyar kormány felállítását követelő felirati javaslatát. Ezt a felsőtábla csak a bécsi forradalom hírére, március 14-én fogadta el, s a két táblájának küldöttsége március 15-én vitte Bécsbe az uralkodó elé. A delegáció már Batthyány azonnali miniszterelnöki kinevezését követelte, sőt - addig példátlan módon - útban Bécs felé megfogalmazták a királyi választ is. V. Ferdinánd március 16-án fogadta a küldötteket, de a leiratból kihagyta Batthyány nevét. Végül István nádor, mint Magyarország teljhatalmú helytartója nevezte ki - a király szóbeli belegyezésével - Batthyányt. E "legális, de nem lojális" lépés miatt vonta kétségbe később a bécsi udvar az innen induló események törvényességét, végeztette ki Batthyányt és küldte száműzetésbe István nádort.
Az általa megalakított első felelős magyar kormány április 10-én Pozsonyban letette az esküt, majd április 14-én Pestre költözött. A kormány élén hozzálátott a fiatal magyar állam megszervezéséhez, legmaradandóbb intézkedése az első tíz honvédzászlóalj felállítása volt, amely a későbbi honvédsereg magva lett. Helyzetét nehezítette a nemzetiségek lázongása, Jellacic horvát bán szeptemberi támadása, Kossuth radikalizmusa, s a pesti nép, amely többször szembeszállt a kormánnyal. Batthyány 1848. szeptember 11-én lemondott, de a nádor ismét őt bízta meg kormányalakítással. Lamberg főparancsnok szeptember 28-i megölése után kiegyezést célzó politikája háttérbe szorult, s október 2-án végleg leköszönt, lemondott képviselői mandátumáról is és a magánéletbe vonult vissza. Batthyány külföldre készült, amikor meghallotta, hogy Vas megyei birtokát a Jellacic által hazaindított horvát népfelkelők veszélyeztetik. Útjában azonban megakadályozta egy lovasbaleset, így kificamodott karral Pestre ment. December 6-án sárvári kerületében újraválasztották képviselővé, a képviselőház munkájába 30-án kapcsolódott be. Pestet ekkor már - a honvédsereg vereségei miatt - nem lehetett megvédeni, így Kossuth javasolta a kormány és a képviselőház Debrecenbe költözését. Batthyány ezzel nem értett egyet, de csak békedelegációt kiküldését sikerült elérnie. Windischgrätz fővezér azonban csak Batthyány nélkül volt hajlandó a tárgyalásra, a gróf azonban még ezek után sem menekült el: "néhány év börtön" miatt nem futamodom meg - mondotta. A küldöttség 1849. január 8-án ért vissza Pestre, az osztrák katonai rendőrség még aznap letartóztatta Batthyányt.
A tavaszi hadjárat során a közeledő magyar seregek elől Laibachba (ma Ljubljana), Pozsonyba majd Olmützbe (ma Olomouc) vitték, végül az olmützi törvényszék ítélte - felsőbb utasításra - kötél általi halálra. Esetében a bíróság még a Bécsben hozott szabályt is megsértette, hiszen a felelősségre vonás csak az 1848. október 3., tehát az Országgyűlés feloszlatása után elkövetett cselekményekre vonatkozhatott volna, Batthyány viszont ekkor már lemondott tisztségéről. A vádat és a védelmet is ellátó hadbíró alaposan megindokolt kegyelmi kérvénye Haynau elé került, aki október 5-én megerősítette az ítéletet. A kivégzést (a tizenhárom aradi vértanúval együtt) október 6-ára, a bécsi forradalom és Latour halálának évfordulójára időzítették. Batthyány előző éjjel a hozzá becsempészett tőrrel nyakon szúrta magát, és bár életét megmentették, nem lehetett felakasztani. A helyi parancsnok saját hatáskörben "porra és golyóra" változtatta az ítéletet, ami miatt később Haynau idegrohamot kapott. A gróf nem engedte, hogy bekössék a szemét, és maga vezényelt tüzet a katonáknak, utolsó szavai három nyelven hangzottak el: "Allez Jäger, éljen a haza". Holttestét a ferenciek kriptájába temették, innen 1870-ben vitték országos gyászpompával a Kerepesi úti temető mauzóleumába. Kivégzésének helyén áll a Batthyány-örökmécses, amely a szabadság jelképévé vált.