Народився Нансен в садибі Стуре-Френ, поблизу Хрістіанії (тепер Осло) у 1861 році. Дитинство Нансена пройшло в околицях столиці Норвегії – Хрістіанії – в надзвичайно мальовничій місцевості. Незважаючи на матеріальне благополуччя і достаток, його батьки дотримувались спартанської системи виховання.
  З групою товаришів Нансен робив далекі походи по горах Скандинавії, пробираючись крізь дрімучі ліси, по гірських ущелинах, переправляючись через стрімкі, бурхливі ріки. Іноді такі екскурсії тривали два тижні і більше. Нансен вражав своїх супутників надзвичайною сміливістю. Якщо перед ним була майже прямовисна скеля, то він видирався навпростець, не обходячи небезпечного місця; тому не раз у житті наражався на небезпеки.
  Повертаючись із далеких екскурсій, він ще з більшим запалом брався до навчання, сідав за книжки і, не знаючи втоми, читав з таким самим захопленням, як і подорожував.
  В 1880 році поступив в університет в Хрістіанії. Ще будучи студентом, почав цікавитися полярними дослідженнями. В 1882 році, скориставшись з випадку, він у статусі простого матроса здійснив рейс на промисловому судні „Вікінг”, який було облаштовано для полювання на тюленів.
  Після повернення з цієї подорожі, Нансен влаштувався на роботу в природознавчий музей міста Берген. В Нансена була мрія: здійснити подорож через льодове плато Гренландії від східного до західного її узбережжя. Багато хто вважав таку експедицію безумством, бо центральна частина Гренландії вважалась непрохідною.
  17 липня 1888 року Нансен із супутниками – трьома норвежцями, у тому числі капітаном Отто Свердрупом, який прославився пізніше, і двома лапландцями, - пересів із корабля „Язон” у човни і почав пробиватись крізь плавучу кригу до східного узбережжя Гренландії. Через 12 днів, 17 серпня 1888 року мандрівники дістались до відправного пункту своєї подорожі через Гренландію і рушили на лижах через льодовикову пустелю до столиці Гренландії Годхоб. Морози досягали 45°. Сани з провізією та інструментами доводилось нести на собі. Харчувались весь час холодною їжею, але найбільше страждали мандрівники від спраги. На початку жовтня сміливці вийшли на західний берег Гренландії і в селищі Годхоб залишилися зимувати, щоб з першим весняним пароплавом повернутися в Європу. Наприкінці травня 1889 року вони прибули до Норвегії, де їм влаштували урочистий прийом.
   Метою наступної подорожі Нансена був північний полюс. Норвезький уряд надав Нансену фінансову допомогу і він збудував парове судно „Фрам”, який було оснащено на всякий випадок вітрилами. На цьому кораблі, 22 червня 1893 року Нансен з екіпажем у декілька десятків осіб вийшов з порту Вадсе, узявши курс на північний схід. „Фрам”, благополучно пройшовши Карське море, обігнувши мис Челюскін, вмерз у кригу на північ від Новосибірських островів. Почався дрейф, причому льодове поле несло судно у напрямку північного полюса. Члени експедиції зразу ж розпочали наукову роботу: велися спостереження за земним магнетизмом, рослинним і тваринним життям океану, безперервно велися метеорологічні спостереження, вимірювали через проруби або в ополонках глибину океану, особливо стежили за швидкістю і напрямом дрейфу криги і силою льодовикових стисків. 

  Полярна ніч проходила в напруженій науковій роботі, читанні книжок, прогулянках, товариських бесідах та полюванні. „Фрам” дрейфував дуже повільно, описуючи складні петлі, але загальний рух був спрямований на північ.
  Улітку Нансен готувався до санної експедиції на полюс. Але розраховувати на успіх походу він міг тільки в тому випадку, коли судно близько просунеться до полюса.
  Минула друга зимівля. 14 березня 1895 року Нансен з одним із своїх товаришів Йогансеном, залишили судно і на санях спробували досягнути північного полюса. Їм вдалося дійти до 86° північної широти, тобто далі, ніж хто-небудь до них. Але звідси Нансену довелось повертатись. Зворотний шлях вів через Землю Франца-Йосифа, де мандрівники зупинились на зимівлю. Навесні вони попрямували на південний захід. На Баренцовому морі вони зустріли британський корабель під командуванням Фрідріха Джексона і на цьому судні прибули 13 серпня 1896 року у Вадсе. Зустріли їх тут з ентузіазмом. Тижнем пізніше, у порт Хаммерфест прийшов „Фрам”. Після відходу Нансена судно продовжувало дрейфувати в північно-західному напрямі. У районі Шпіцбергену капітану Сведрупу вдалося вивести „Фрам” на відкриту воду і звідти повернутися у Норвегію.
  Експедиція Нансена мала велике наукове значення. Вона встановила, що в Центральній Арктиці є море з глибинами понад 3000 м. Вивчення особливостей погоди дало уявлення про клімат високих широт. Багато цінних матеріалів дали спостереження за дрейфом льодів, тваринним і рослинним життям моря. Вдалося встановити, що на глибині 200-800 м проходить шар теплішої води, яка надходить у Північний Льодовитий океан з Атлантичного.
  Нансен отримав безліч нагород. Його призначили професором університету в Хрістіанії, а з 1901 року – керівником Міжнародної лабораторії морських досліджень.
  В 1900 році Нансен, бажаючи уточнити гідрографічне дослідження, здійснив мандрівку на судні „Міхаель Сарс” по морю між Норвегією і Гренландією.
  Діяльність Нансена не обмежувалася полярними мандрівками – він активно займався політикою, вів боротьбу за права людей, які за політичними причинами вимушені були покинути батьківщину і не могли отримати другого громадянства. В результаті, для цих людей були введені так звані нансенові паспорти. В 1922 році за цю діяльність Нансен отримав Нобелівську премію миру.
  Помер Фрітьоф Нансен в 1930 році в норвезькому місті Люсакер.
  Нансен опублікував ряд праць, зокрема: „На лижах через Гренландію”, „Серед ночі та льоду”, „Норвезька полярна експедиція в 1893-1896 рр.”.
  Ім’я Нансена має протока між островами Елсмір і Аксель Хейбер, на північ від Канади.