邓世昌自幼立志海军，以御强敌。1867年，考入船政学堂海军驾驶班第一期学习。1874年，以优异成绩从船政学堂毕业，被船政大臣沈葆桢奖以五品军功，派任“琛航”运输船大副。次年任“海东云”炮舰管带，时值日本派兵侵犯台湾，他奉命巡守澎湖、基隆，获升千总。后调任“振威”炮舰管带，代理“扬武”快船管驾，获荐保守备，加都司衔。
1880年，北洋大臣李鸿章“闻世昌熟悉管驾事宜，为水师中不易得之才”，遂将其调入北洋水师，任“飞霆”、“镇南”炮舰管带。是年冬，随记名提督丁汝昌赴英接收订造的“超勇”、“扬威”两巡洋舰，1881年11月，回天津大沽。次年升游击，任“扬威”巡洋舰管带，获“勃勇巴鲁图”勇号。
1887年春，邓世昌率队赴英国接收清政府向英、德订造的“致远”、“靖远”、“经远”、“来远”四艘巡洋舰，是年底回国。归途中，邓世昌沿徒安排舰队操演练习。因接舰有功，升副将，获加总兵衔，任“致远”舰管带。1888年，邓世昌以总兵记名简放，并加提督衔。是年10月，北洋海军正式组建成军，邓世昌任中军中营副将，仍兼“致远”舰管带。1891年，李鸿章检阅北洋海军，邓世昌因训练有功，获“葛尔萨巴图鲁”勇号。
邓世昌是近代中国第一批自己培养出来的优秀海军将领。他“执事惟谨”，“治事精勤”，刻苦专研海军战略战术理论，注意学习西方海军的先进技术和经验。在他精心训练下，“致远”舰“使船如驶马，鸣炮如鸣镝，无不洞合机宜。”成为北洋舰队中整训有素，最有战力的主力战舰之一。
中日两国海军主力在黄海开战后，邓世昌指挥着致远舰首尾炮齐发，多次击中日舰，致使有的敌舰丧失了战斗力而逃出战列。当邓世昌看到号称“帝国精锐”的日本吉野、高千穗、秋津洲、浪速等4舰，正由北洋舰队的右翼向左回旋，逼近定远舰，企图施放鱼雷偷袭时，他立即指挥致远舰开足马力，驶至定远舰之前迎战来敌。陷于强虏包围之中的致远舰多处中弹，水线下受伤，甲板起火，舰身亦发生倾斜。在这万分危急的关头，邓世昌大声激励全舰将士：“吾辈从军卫国，早置生死于度外，今日之事，有死而已！”“然虽死，而海军声威弗替，是即所以报国也！”邓世昌见日舰吉野横行无忌，早就义愤填膺，就下定决心与它同归于尽，借以保证全军的胜利。他对帮带大副说，敌舰队就仗着吉野逞凶狂，如果把它打沉，那么我军即能打赢这场海仗。说罢，他果断地率领全舰官兵，怀着满腔怒火，驾着“火龙”，在弹雨中向吉野猛冲过去。吉野舰上的敌人被中国军队的勇敢行动吓坏了，有的狂喊着乱窜，有的跳水逃命，乱作一团，就在致远舰将要撞毁吉野号时，不幸的事情发生了，一声巨响，致远号被敌舰鱼雷击中，锅炉爆炸，逐渐沉向海底。
邓世昌坠海后，他的随从刘忠把救生圈递送过来，但他坚决不接。这时，他养的爱犬也游到身边，“衔其臂不令溺，公斥去之”，它又叼住邓世昌的发辫，使他不能沉入海中。邓世昌义不独生，誓与致远舰共存亡，毅然地用手把爱狗按入水中，随之自己也没入万顷波涛之中。致远舰200多名壮士，除27人遇救外，全部壮烈牺牲。
邓世昌壮烈牺牲后，清廷谥以“壮节”，按提督例从优议恤并追赠太子少保衔，入祀京师昭忠祠。山东威海百姓感其忠烈，于1899年在成山上为邓世昌塑像建祠，以志永久敬仰。1996年年12月28日，中国人民解放军海军命名新式远洋综合训练舰为“世昌”号，以示中国海军风骨。