阿伏伽德罗出生于意大利都灵的一个贵族家庭，父亲是著名律师。1792年进入都灵大学学习法律，1796年获得教会法博士学位。在担任律师三年后，他对自然科学产生浓厚兴趣，开始自学数学和物理学。1806年被聘为都灵大学预科学校物理学教师，1809年任韦尔切利学院自然哲学教授。

1811年，阿伏伽德罗在法国《物理杂志》发表论文《论测定物体中基本分子的相对质量及其化合物中比例的方法》，系统提出分子假说，认为单质气体分子由多个原子组成。这一假说解决了道尔顿原子论与盖-吕萨克气体反应定律之间的矛盾，但由于当时化学界权威如道尔顿、贝采里乌斯等人的反对，加上阿伏伽德罗本人不善于学术论战，该理论沉寂近半个世纪。

1820年，阿伏伽德罗成为都灵大学意大利首位数学物理学教授。1832年因政治原因被免职，1834年复职直至1850年退休。他一生发表50余篇论文，内容涉及电学、气象学、度量衡等多个领域。1856年7月9日在都灵逝世，享年79岁。

阿伏伽德罗定律的重要性在他去世四年后才得到公认。1860年，意大利化学家坎尼扎罗在卡尔斯鲁厄国际化学会议上大力宣传阿伏伽德罗的理论，使原子-分子论得以确立。1909年，法国物理学家佩兰提议将1摩尔物质所含微粒数命名为阿伏伽德罗常数。如今，阿伏伽德罗定律已成为化学基础理论，阿伏伽德罗常数(约6.022×10²³mol⁻¹)是物理化学中最重要的基本常数之一。