邓世昌是广东番禺人，生于富裕人家，其父邓焕庄，专营茶叶生意，曾于广州及津、沪、汉、香港、秦皇岛等地开设祥发源茶庄。邓世昌少时随父移居上海，从西方人学习算术、英语，在当时算是较早接触西方文化的人。
1868年，19岁的邓世昌怀着救国的志愿，以各门课程考核皆优的成绩考入福州船政学堂学习航海，成为该学堂驾驶班第一届学生。
福州船政学堂是中国第一所近代海军学校，在船政大臣沈葆祯的主持下于1866年在福州设立。创始人左宗棠、沈葆祯都是清朝杰出的爱国者，思想开明的洋务派。他们同林则徐、魏源等人一样，对于西方列强倚仗坚船利炮，肆无忌惮侵略我国，看在眼里，急在心里，在“师夷长技以制夷”的思想启发下，决心办自己的造船工业，培养自己的造船、驾船人才，建立自己的海军，抵抗列强的入侵。他认为，办船厂“不重在造，而重在学”。只有学到西方的造船知识、制造枪炮的知识以及驾驶、管理经验，才能创造性的发展，只要有了自己的技术人员，造船就不会有困难了，否则，就要永远聘用外国工匠；工厂办起来，技术仍操纵在洋人手里，仍然要受制于人。
在这种思想指导下，福州船政局开设了前后两学堂（前学堂习法语、造船技术；后学堂习英语、驾驶技术），聘法国人日意格、德克碑为正副监督，招收学习过英文的聪颖弟子入学堂学习造船与驾驶技术。学员在学堂，首先要学会外语，因为图书、机器都是从外国引进的，不会外语就无法工作，还要学算学及有关造船技术，并且到船上进行实际操练。学堂特别强调学生独立地掌握造船和航海技术，能熟练驾驶铁甲兵船及调兵布阵。注重对学生灌输民族自强精神是学校的宗旨，为的是使学生深知自强乃根本，除此别无他求。因此，所有学员均发奋努力，来日报国强民。这是中国最早培养海军和造船技术人员的学校，后来不少重要的海军将领，如萨镇冰、刘步蟾等都出自这些学校。
邓世昌是首批从广东招来的10名学生之一，他入学时已经18岁，比别的同学大三四岁，但他学习刻苦用功，能用英文写笔记和会话，特别是，他不满足于自己的航海驾驶专业课的学习，天文、地理、数学、绘图、测量、轰击等课程，他都认真学习，各门功课考核皆名列前茅。邓世昌在船政学堂度过了4个春秋，4年的西式学堂生活，尽管主要学习测绘、驾船、射击等自然科学和技术操作，但他无疑也接受了一些西方近代民主主义思想：追求民族独立、国家昌盛的抱负得到了进一步加强。他和近代著名思想家、翻译家严复，都是这个学校第一批毕业生中的佼佼者。
从福州船政学堂毕业后，邓世昌被分配到清军福建水师船队，开始任“琛航”号运输船大副。1874年，25岁的邓世昌担任刚刚下水的木质船“琛航”号管带（船长），同年，日本入侵我国宝岛台湾，占领澎湖、基隆等地。清政府派福州船政局督办沈葆桢为钦差大臣，率福建水师守卫台湾，邓世昌随沈葆桢出征，先后任“海东云”、“振威”等舰的管带，带领水师官兵巡逻在澎湖、基隆等海面，开始了他守卫祖国海疆的征程。
当时清军水师同清朝政府一样，腐败涣散，许多军官生活腐化，士兵缺少训练，军纪、军规荒废。但邓世昌却不同，他对自己要求严格，工作忠于职守，与士兵同甘共苦。在当时，像他这样的军官都是居住在陆地上的，只有士兵才居住在船上，但他却以身作则，居住在舰上，与士兵打成一片，共同生活，共同操作，工作起来常常是忘记了休息。特别是他注重官兵的爱国教育，经常在官兵中大力激扬正义，选拔重用那些有民族正义感的士卒，遇忠烈事，极口表扬，慷慨使人涕零。在邓世昌的带领下，他所在的战船，士兵们的军事训练多了，军事生活紧张有序，人人都抱定保卫祖国海疆的决心和斗志。
在法国入侵的战争中，侵略者凭借优势的海军力量，偷袭停泊在港内的福建水师，仅用约半小时，就将福建水师的军舰9艘，其他船只13艘击沉击毁，阵亡近800人，福建水师全军覆没，清政府被迫对法宣战。在接下来的交战中，清朝的水师力量无法与法国侵略者的海军抗衡，虽然陆上力量屡败法国侵略者，但最终在李鸿章等投降派卖国求荣的主张下，清政府与法国侵略者在天津签订了屈辱的《中法新约》，战争以清政府“不败而败”而结束。马尾海战，福建水师全军覆没，作为目击者，邓世昌的感受是极其痛心和悲愤的。
鉴于这场战争中水师失败的教训，清政府着手大力训练新式海军，邓世昌受命督察船务。为了建立起强大的海军抵抗外敌的入侵和欺辱，邓世昌废寝忘食地工作，责任心极强。他曾经对他周围的人说：“我们都读过古书，古人能以身许国，我们也应如此。只要对国家有利，个人的损失，甚至于献出生命有什么可惜？何况我们是水师官兵，常常出入于狂风巨浪之中，不怕艰险，是理所当然的，难道不趁年富力强的时候来报答国家吗？”邓世昌是这么说的，也是这么做的。青年时的邓世昌曾经写下这样的诗：“南楼高耸入云霞，四面江山壮观吟。傍晚一城空寥廓，炊烟浓处几人家？”表达了他热爱祖国壮丽河山，感慨残破家园的情感。从军后，他曾发誓说：人谁不死，但愿死得其所。