Dunaszerdahelyen született, fél lábára béna volt, korán megismerte a nélkülözést. Tíz évesen inas lett, ebből gyűjtött iskolai költségeire. Középiskolai tanulmányait hat osztály után mégis abbahagyta, és házitanítói tevékenységgel tartotta fenn magát. Szlavóniába került, itt kezdett törökül tanulni. Eötvös József figyelt fel páratlan nyelvtehetségére - 25 éves korára kb. 25, főként keleti nyelvet sajátított el - és támogatásával négy évet tölthetett Konstantinápolyban, 1857-61 között, ahol a Resid efendi nevet kapta. A magyar-török kapcsolatokat tanulmányozta, nyelveket tanított, ismerkedett a keleti szokásokkal és török-német szótárt szerkesztett. A Magyar Tudományos Akadémia anyagi támogatásával 1861-ben, majd 1864-ben expedíciót szervezett a magyarok őshazájának felkutatására. Dervisruhában, nagy nélkülözések során, zarándok-karavánokhoz csatlakozva, gyalog, szamár- vagy teveháton jutott el Teheránba, Bokharába és Szamarkandba. Az egyik első utazó volt, akinek tudományos céljai és jelentős eredményei voltak, s egyike az utolsóknak, aki a még érintetlen Keletet láthatta, a nomád és városlakó népeknek a nyugati civilizációtól elzárt életét. 1865-ben a budapesti egyetemen a keleti nyelvek magántanára lett. 1904. évi nyugalomba vonulásáig tanított, s feldolgozta közép-ázsiai útjainak tapasztalatait. Kiemelkedőek orientalisztikai kutatásai, az iszlám szerepét vizsgálta a közép-ázsiai népek életében, az Ázsia felé irányuló gyarmatpolitikát, és a magyarság eredetének kérdéseit. A török-magyar nyelvrokonságot feltételező elmélete nagy vitát váltott ki. Teóriáját történeti, nyelvészeti és néprajzi bizonyítékokkal igyekezett alátámasztani. Elképzelése hibás volt, de a ugor-török háború mind a turkológiai, mind a finnugor kutatásokra termékenyítően hatott. Vámbéryt kora legjobb orientalistájának tartották, az angol és a török kormány többször támaszkodott döntéseiben az ő véleményére. 1860-ban az akadémia levelező, 1876-ban rendes, 1893-ban tiszteleti tagja lett, a Magyar Földrajzi Társaság egyik alapító tagja volt. Munkásságát tanítványa, az ugyancsak világhírű iszlámkutató, Goldziher Ignác folytatta. 1913. szeptember 15-én hunyt el Budapesten. Fia, Vámbéry Rusztem a magyar polgári radikalizmus kiemelkedő képviselője lett. Fontosabb könyvei: Vándorlásaim és élményeim Persiában, Oroszország hatalmi állása Ázsiában, Az iszlám a 19. században, A török-tatár nyelvek etimológiai szótára, A magyarok eredete, A török faj..., A magyarság bölcsőjénél, Dervisruhában Közép-Ázsián át.