广东香山南屏镇(今属珠海)人。幼时家中贫寒,1841年被其父送入澳门马礼逊教会学校,鸦片战争后随校迁至香港。1847年初,随校长布朗赴美。1850年考入耶鲁大学,1854年以优异成绩毕业,成为美国高等教育历史上第一位中国籍毕业生。1855年回国,曾在广州美国公使馆、香港高等审判厅、上海海关等处任职,后在上海宝顺洋行经营丝茶生意。1860年至太平天国首都天京(今南京),全面考察太平天国,同时向洪仁玕提出七条改革建议。对太平天国任事坚辞未受,回上海继续经商。后经李善兰引荐,受到曾国藩赏识,投入洋务运动。1863年向曾国藩建议创办机器厂,后受曾委托,赴美购买机器以筹建江南机器制造总局。1868年向清政府提出以选派幼童出洋留学为重点的四项条陈。1871年被任为“幼童出洋肄业局”副委员、留学事务所副监督,亲率第一批留学生于次年赴美。此后长期驻美,专管留美学生事务。
1873年奉命由美国转秘鲁调查海外华工状况,后于1875年任出使美国、西班牙、秘鲁三国副大臣,直至1881年清政府撤回留学生为止。甲午战争时期,他与孙中山结识并推荐其向李鸿章上书,后曾向张之洞提出过筹款购舰以长期对日作战的计划。戊戌变法时期,在北京与维新派交往密切,变法失败后避居上海租界。1900年容闳被推为“中国国会”会长,并负责起草英文对外宣言,后因自立军起事计划失败,遭清政府通缉,辗转流亡美国,后渐趋支持孙中山的革命活动。1912年1月,孙就任中华民国临时大总统,向容闳发出邀请,望其回国参与建设,但容闳因身体原因,不能行动,委请他人转达其衷心祝贺。当年4月,容闳病逝于美国康涅狄格州哈特福德城。
著有回忆录《西学东渐记》(又译《我在美国和在中国生活的追忆》)。