Az akkor orosz fennhatóság alatti Finnországban született 1832. november 18-án. Helsinkiből a cári kormány politikai tevékenysége miatt kiutasította. Svéd állampolgár lett, 1858-ban telepedett le Stockholmban. Ásványtannal foglalkozott és egyetemi katedrát kapott. Geológusként is kitűnt: a sziklákat gyémántfúróval megfúrva, ivóvíz nyerésére alkalmas eljárást dolgozott ki. Részt vett egy Spitzbergákra indított expedícióban, majd a Svéd Állami Múzeum ásványtani részlegének vezetője lett. Az 1860-70-es években még négy utat vezetett a Spitzbergákra, ezek során főleg geológiai kutatásokat végzett, s az Északi Sark megközelítési lehetőségeit vizsgálta. 1870-ben Grönland nyugati részén a szárazföldi jégtakarót vizsgálta, megpróbált Grönland belsejébe is behatolni. Mivel belátta, hogy a Sark hajóval nem érhető el, célja az Északkeleti Átjáró végighajózása lett, amelynek feltérképezését 1733-42 között végezték el orosz tengerészek, nagyrészt a Jeges Tengeren, a kisebb szakaszon, a Kolimától keletre a szárazföldön. Nordenskiöld 1875-ben és 1876-ban felderítőutat tett, s Szibéria északi partjai mellett eljutott a Jenyiszej torkolatáig, a Kara-tengerre. A nagy útra 1878. július 21-én indult el a norvégiai Tromső kikötőjéből Véga nevű vitorlás-gőzös hajóján. Az expedíciót svéd és orosz tőkések támogatták. Szeptember végén hajója befagyott a Bering-szorosban, csak tíz hónap múlva, 1879. július 18-án szabadultak ki, s folytathatták útjukat. A Vega áthajózott a szoroson a Csendes óceánba, s négy nap alatt július 22-ére eljutott az alaszkai Port Clarence-be. Kanton, Ceylon (Sri Lanka) és a Szuezi-csatorna érintésével tért haza, ezzel elsőként hajózta körül egész Eurázsiát. 1880. április 24-én ért Stockholmba, ahol II. Oszkár király báróvá tette. 1883-ban Grönland nyugati részénél járt, mélyen behatolt a szárazföldi jégre, majd hazatérőben elsőként tört át a délkeleti partok hatalmas jégtorlaszán. - Térképészként is kiemelkedő eredményeket ért el. Róla nevezték el az Északi Jeges-tenger egy szigetcsoportját, a Tajmir-félsziget mellett.