1805년 4월 2일 덴마크의 오덴세에서 가난한 구두장이의 아들로 태어났다. 문학에 관심이 많았던 아버지는 안데르센에게『아라비안나이트』나 극작가 호르베아의 작품을 들려주면서 상상력을 기르도록 했다. 아버지의 영향을 받은 안데르센은 어렸을 때부터 글쓰기와 책 읽기, 인형극 줄거리를 생각하는 것을 좋아했다. 15세 때 코펜하겐의 왕립 극장에 배우 시험을 쳤으나 떨어졌다. 하지만 시인 엘레슈레가, 물리학자 에아스테드, 왕립 극장 지배인 요나스 콜린 등의 도움을 받아 코펜하겐대학을 졸업할 수 있었다.

1833년 이탈리아 여행의 인상과 체험을 바탕으로 창작한『즉흥 시인 Improvisatoren』이 독일에서 좋은 평가를 받으며 이름을 전 유럽에 펼쳤다. 이 후「백조 왕자」, 「견실한 주석군대」, 「하늘을 나는 트렁크」, 「빨간 구두」, 「인어 아가씨」등 1870년까지 모두 130편의 동화를 꾸준히 발표했다.

안데르센은 평생을 독신으로 지내며 이탈리아와 독일, 영국 등 유럽을 여행하면서 생애를 보냈다. 안데르센은 요나스 콜린의 딸 루이제를 사랑했지만, 그녀는 다른 남자와 결혼했다. 안데르센은 그런 루이제를 위해 자서전『회상기』와 시집『덴마크 시인에게 바치는 꽃 장식』을 썼다. 35살 때 만난 ‘스웨덴의 나이팅게일’이라 칭송받은 제니 린더와 우정을 나누지만, 이 우정은 사랑에 이르지 못하고 안데르센에게 깊은 상처를 남긴다. 안데르센은 평생 사랑을 원했지만, 단 한 번도 사랑이 이루어진 적은 없었다. 안데르센은 사랑을 잃고 수많은 시와 동화, 소설, 희곡들을 썼다. 1838년 나이 33세 때 이미 예술가를 위해 설치된 연금을 받을 만큼 일류 문인으로 인정받았고, 유럽에서는『안데르센 동화집』이 아이들이 가장 받고 싶은 크리스마스 선물로 여겨질 만큼 큰 인기를 끌었다. 1875년 8월 4일 코펜하겐 교외에 있는 멜키오 가의 별장에서 사망했다. 장례식은 스웨덴 국왕 내외가 참석한 국장으로 치러졌다.