1823年出生于丰顺县汤坑圩金屋围(今丰顺县城)。其高曾祖父为逃避战乱，由长乐县(今五华县)迁徙到丰顺汤坑乡(时汤坑属潮州府揭阳县，丰顺县城位于丰良)居住并繁衍成当地望族。丁日昌旧居位于揭阳市榕城元鼎路中段，占地面积6000余平方米，是传统的“百鸟朝凰”格局，是光绪初年福建巡抚丁日昌所建。
1842年(道光二十二年)，20岁的丁日昌中秀才，次年补廪生。
1844年(道光二十四年)，丁日昌入惠潮嘉道李璋煜幕僚。“
1854年7月(咸丰四年)，海阳县(即今潮州)三合会吴忠恕等围攻潮州府城，丁日昌以邑绅身份治乡团，率汤坑乡勇三百名援救，驻扎韩山师院。9月18日清晨，丁日昌率乡勇从笔架山渡凌角池，击溃吴忠恕驻东津部，生擒百余人，遂解府城东路之困”(《丰顺县志》)。同年，广东天地会起义军进攻嘉应州(今梅州)，丁日昌为李璋煜献计，以坚壁清野的办法对付起义军。事后论功授琼州学训导，三年后迁任江西万安知县。
1860年(咸丰十年)，丁日昌在江西万安当知县四个月后，其突出的政绩和卓越的
才能不但受到广大绅民的赞扬，而且受到上司甚至朝廷的赏识，被调回广东办理洋务。当地绅民挽留不住，启程之日，“父老子弟设席作饯，奉香拥送者数万人。”
1861年(咸丰十一年)调任卢陵知县，正赶上太平军进攻卢陵，县城失守，被清廷革职。当时曾国藩正率湘军在安徽作战，丁日昌转投其幕中，为其襄办军务。
1862年(同治元年)奉曾国藩之命，前往广东督办厘金。丁日昌在抵达广州后，发挥自己通晓火器制造的专长，在广州市郊燕塘亲自设计监制成功短炸炮36尊，炮弹2000余颗。这些武器受到广东清军的欢迎，丁日昌因此声名远播。
1863年(同治二年)，他在广州郊区燕塘设炮局，仿制西洋大炮和炮弹，后被李鸿章调赴上海，创设炸炮局，制造18磅、48磅等多种开花炮弹，同时也铸造少量短炸炮，供淮军攻击太平军之用，在进攻常州作战中发挥了相当的威力。由于他铸造的大炮在镇压各地的起义中起了很大作用，升补直隶州知州，赏戴花翎。在这个过程中，丁日昌的思想发生了两个重要的变化。一是认为“太平军已不足平”，真正构成对清朝威胁的是外国侵略者。
1864年(同治三年)8月，他上书李鸿章，指出中外交通，洋人乘我多事之秋，不时恫
吓挟制，令人忧愤难忍，必须积极自强以图御侮。他认为外国的长技在于船坚炮利，洋人恃此以挟制中国，我们也可以取其所长以对付洋人。丁日昌思想的另一个重要变化就是他从自己的亲身体验中认识到，中国传统的生产工艺和手段无法适应近代抢炮制造的需要。旧式泥炉炼不出能够制造近代抢炮的钢铁，用泥模铸炮也很难使炮膛光滑匀衡。因此，丁日昌产生了改革生产工艺和手段的强烈愿望。他在上海与洋人频繁接触，已对西人的机器工厂有所了解。王韬所著《火器说略》，更使他对近代抢炮的制造原理、生产工艺，特别是车床等生产工具有了更深的理解。他写信向李鸿章推荐王韬，同时建议设立“夹板火轮船厂”，用机器生产近代轮船和抢炮。恰在这时，容阂提出了要在中国发展“制器之器”的主张，丁日昌立即深表赞同。
从手工生产进而追求机器生产，是一个重要的观念变革。这个观念变革对中国19世纪60年代洋务自强运动的兴起具有十分重要的意义。丁日昌以这种新的认识和观念为基础，在上海积极设法，主持收买了美国人设在虹口的旗记铁厂，合并原来的炸炮局，后又接纳容阂从美国购回的机器。
1865年(同治四年)9月，丁日昌正式成立了江南制造局。江南制造局是清政府设立的第一家近代军工企业，它标志着中国近代军事工业的产生。
丁日昌新请本急，加上长期草劳过度，他的身体早就极度虚弱，患有咳血等症。在台湾又因瘴气浸染，旧病复发。
1865年(同治四年)10月，被任命为两淮盐运使，他深入各盐场，向绅士、场丁、灶户了解请况，完成了10余万字的调查报告，制订了《淮盐章程》、《两淮甄别章程》、《淮北总略》等章程和规划，实行改革，兴利除弊。
1868年(同治七年)1月，丁日昌升江苏巡抚，仍驻节苏州。1868年(同治七年)4月他雇用9艘轮船把3万石大米运到天津，为创设轮船公司作准备。但已试航的轮船漕运，却因顽固大臣的反对被迫停止。
1870年(同治九年)7月，江苏省乡试在南京举行，他特意派出江南制造总局生产的“草江”、“恬吉”两艘轮船免费接送应试士子，藉以宣传轮船的优越新。丁在治苏任内，澄清吏治，整顿地方，全省清理积案27万宗，得到士民的好感，却招来守旧派的怨恨。太常寺少卿王家璧3次上疏，对丁肆意漫骂攻击。顽固派群起附和。后因母黄氏病逝，丁日昌回粤，在揭阳旧居守制3年。并集资购“平安”号轮船，往来上海、汕头之间作商业营运。
1875年(光绪元年)6月，丁日昌奉旨北上天津，帮助北洋大臣李鸿章商办事务。9月，在沈葆桢的推荐下，出任福建船政大臣。1876年(光绪二年)初，又奉命兼署福建巡抚。丁日昌抵任后，提出要对船政局的生产加以革新，希望能派员往外国学习，延聘外国技术人员釆厂当教习。他和李鸿章、沈葆桢等奏准福州船政学堂第一批留学生35名赴欧学习，其中有严复，刘步蟾等人。丁日昌认为电报可以通军请，为海防所必需，积极主张自设电报。他亲自与丹麦大北公司交涉，收买了福州至罗星塔电线，成为中国自营的第一条电报专线。随后，他又主持架设了台湾府城至安乎、旗后电线，成为中国第一条自建电报线。
1877年(光绪三年)8月，他因病离职回籍休养。此后，清廷一再表示希望他再度出任海疆和枢廷要职。
1879年(光绪五年)下谕赏给他总督衔，令他专驻南洋，节制南洋沿海水师官兵，悉心办理海防事宜。不久，又命他兼任总理各国事务衙门大臣。他都因病未能出山。丁日昌虽然身在林泉，但他对国家的防务仍时时予以关注。
1879年(光绪五年)6月，他上奏清廷，对海防等问题提出16条建议。由于琉球的废灭，他对日本的侵略野心益加警惕，指出日本“三五年不南攻台湾，必将北图高丽(朝鲜)”。(中国近代史资料丛刊：《洋务运动》，第2册，第394页)他大声疾呼朝野内外一定要齐心协力，急谋自强，否则将国无宁日。他还认识到“民心为海防根本”，只有老百姓的生计有着落，元气得到恢复，才能众志成城，海疆安如磐石。因此，他希望统治者们能够切实关心百姓的痛苦，从根本上使中国强大起来。
1881年(光绪七年)，丁日昌获悉法人对越南之经营日趋积极，他便给总理衙门王大臣写信，提醒他们予以关注。他说，越南为法人蚕食，萎靡不振，若听其自然，必成为第二个琉球。他建议清廷密派广西巡抚或提督，与越南密商自强办法。他自己还曾组织人员翻译法人所绘著的中越边境地图和说明，以揭露法国的侵略行径。
