Chamisso ist am 30. Januar 1781 auf Schloß Boncourt in der Champagne geboren. Er erhielt die Namen Louis Charles Adelaide, wählte später aber die deutsche Fassung von Adelaide, nämlich Adelbert, zu seinem Rufnamen.

Adelbert ist das fünfte von sechs Kindern des sehr begüterten Grafen Louis Marie, Comte de Chamisso. Die Französische Revolution zwang die königstreue Familie 1790, ihr Schloß und Frankreich zu verlassen. Nach mehreren Aufenthalten in den Niederlanden und in Deutschland siedelte sie sich schließlich in Berlin an. Hier wirde Adelbert 1796 Page bei Königin Friederike Luise, der Gemahlin Friedrich Wilhelm III.
Zwei Jahre später tritt Chamisso als Fähnrich in die preußische Armee ein. Er kämpft während der Kriege zwischen Preußen und Frankreich immer auf preußischer Seite, da er Napoleon haßte; dennoch fühlt er sich weiterhin als Franzose.
Als er 1809 den Abschied aus der Armee erhielt, hätte er wie seine Familie nach Frankreich zurückkehren können. Das Lyzeum in Napoleonville bot ihm eine Position als Professor an. Chamisso konnte sich jedoch nicht rechtzeitig zu der Reise entschließen, da ihn seine Jugendliebe Cerès an Berlin band. So konnte er, als er schließlich doch nach Frankreich fuhr, die Professorenstelle nicht mehr übernehmen. August von Schlegel holte ihn statt dessen an den Hof der berühmten französischen Schriftstellerin Frau von Stael nach Chaumont.
Als Frau von Stael auf Grund ihrer deutschfreundlichen Schriften aus Frankreich verbannt wurde, folgte ihr Chamisso, der manchmal mehr, manchmal weniger in sie verliebt war, in ihr Exil am Genfer See. Hier entdeckte Chamisso sein Interesse für die Botanik, die er zu seiner Lebensaufgabe erhob.
Nach Berlin zurückgekehrt begann er 32-jährig das Studium der Naturwissenschaften an der Universität.
An den weiteren Kriegen gegen Napoleon beteiligte sich Chamisso nicht mehr. Er nahm statt dessen von 1815 bis 1818 als Naturforscher an einer russischen Expedition teil, die einen neuen Durchgangsweg zum Nordpol entdecken wollte. Seine Erlebnisse auf dieser Expedition, die ihn bis zu den Südseeinseln führte, schilderte Chamisso in dem Werk "Reise um die Welt".
Wieder nach Berlin zurückgekehrt wird er zum Ehrendoktor der Philosophie ernannt. Sein erfolgreiches Werk "Peter Schlemihls wundersame Geschichte" hatte ihn inzwischen breitesten Kreisen bekanntgemacht. Zudem erhielt er eine gut bezahlte Stellung als Adjunkt im Botanischen Garten und als Kustos im königlichen Herbarium (Vorsteher des Herbariums am Botanischen Garten in Berlin (Übersicht der nutzbarsten und schädlichsten Gewächse, 1827.)

Neben dieser naturwissenschaftlichen Arbeit gab Chamisso einen Musen-Almanach - zusammen mit gustav Schwab - heraus, in dem alljährlich die bedeutendsten Dichtungen seiner Zeit zum ersten Mal gedruckt wurden, und der große Anerkennung fand. Auch seine eigenen Werke erschienen hier zum ersten Mal.
1819 heiratete er die um 20 Jahre jüngere Antonie Piaste. Sie lebten in glücklicher Ehe, bis Antonie 36-jährig nach der Geburt ihres siebenten Kindes starb.
Seine Ehe regte Chamisso zu vielen Gedichten an, in denen er die eheliche Liebe verherrlicht. Am bekanntesten ist der Liederzyklus 'Frauenliebe und -leben', der von Schumann vertont wurde.
Im Übrigen war Chamisso in den Künstlerzirkeln Berlins ein gern gesehener Gast, vor allem im Kreis der Serapionsbrüder um E. T. A. Hoffmann, der mit seiner Erzählung Die Abenteuer der Silvesternacht (1814) bzw. der Binnengeschichte (Die Geschichte vom verlorenen Spiegelbilde) eine Replik auf den Schlemihl schuf.
Ein weiterer Bekannter war Friedrich Heinrich Karl Baron de la Motte-Fouqué.
Chamisso überlebte seine Frau nur um ein Jahr. Er starb überraschend am 21. August 1838. Auf dem Friedhof am Halleschen Tor fand er seine letzte Ruhestätte.
Sein außerehelicher Sohn Ludwig Hertz war später in Berlin Verleger.
Naturwissenschaftlern ist er vor allem im Zusammenhang mit Forschungen zur Fortpflanzung von Manteltieren, namentlich der Salpen, bekannt. Darüber hinaus verfasste er eine Abhandlung Über die Hawaiische Sprache (1837). Ludwig Thoma entlieh sich den Namen Chamissos als Pseudonym für seine satirischen Beiträge im Simplicissimus.

Der Adelbert-von-Chamisso-Preis ist nach dem Autor benannt.
Zu seiner Zeit einer der beliebtesten deutschen Dichter, vor allem mit seiner politischen und zeitkritischen Lyrik. Er war ein Vorläufer des Vormärz und gehört nach Heine "mehr dem jungen als dem alten Deutschland" an. "Schlemihl" gehört zu den Werken der Weltliteratur, die "Reise um die Welt" zu den Klassikern unter den literarischen Reiseberichten.