1823年出生於豐順縣湯坑圩金屋圍(今豐順縣城)。其高曾祖父爲逃避戰亂，由長樂縣(今五華縣)遷徙到豐順湯坑鄉(時湯坑屬潮州府揭陽縣，豐順縣城位於豐良)居住並繁衍成當地望族。丁日昌舊居位於揭陽市榕城元鼎路中段，佔地面積6000餘平方米，是傳統的“百鳥朝凰”格局，是光緒初年福建巡撫丁日昌所建。
1842年(道光二十二年)，20歲的丁日昌中秀才，次年補廩生。
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(咸豐四年)，海陽縣(即今潮州)三合會吳忠恕等圍攻潮州府城，丁日昌以邑紳身份治鄉團，率湯坑鄉勇三百名援救，駐紮韓山師院。9月18日清晨，丁日昌率鄉勇從筆架山渡凌角池，擊潰吳忠恕駐東津部，生擒百餘人，遂解府城東路之困”(《豐順縣志》)。同年，廣東天地會起義軍進攻嘉應州(今梅州)，丁日昌爲李璋煜獻計，以堅壁清野的辦法對付起義軍。事後論功授瓊州學訓導，三年後遷任江西萬安知縣。
1860年(咸豐十年)，丁日昌在江西萬安當知縣四個月後，其突出的政績和卓越的
才能不但受到廣大紳民的讚揚，而且受到上司甚至朝廷的賞識，被調回廣東辦理洋務。當地紳民挽留不住，啓程之日，“父老子弟設席作餞，奉香擁送者數萬人。”
1861年(咸豐十一年)調任盧陵知縣，正趕上太平軍進攻盧陵，縣城失守，被清廷革職。當時曾國藩正率湘軍在安徽作戰，丁日昌轉投其幕中，爲其襄辦軍務。
1862年(同治元年)奉曾國藩之命，前往廣東督辦厘金。丁日昌在抵達廣州後，發揮自己通曉火器製造的專長，在廣州市郊燕塘親自設計監製成功短炸炮36尊，炮彈2000餘顆。這些武器受到廣東清軍的歡迎，丁日昌因此聲名遠播。
1863年(同治二年)，他在廣州郊區燕塘設炮局，仿製西洋大炮和炮彈，後被李鴻章調赴上海，創設炸炮局，製造18磅、48磅等多種開花炮彈，同時也鑄造少量短炸炮，供淮軍攻擊太平軍之用，在進攻常州作戰中發揮了相當的威力。由於他鑄造的大炮在鎮壓各地的起義中起了很大作用，升補直隸州知州，賞戴花翎。在這個過程中，丁日昌的思想發生了兩個重要的變化。一是認爲“太平軍已不足平”，真正構成對清朝威脅的是外國侵略者。
1864年(同治三年)8月，他上書李鴻章，指出中外交通，洋人乘我多事之秋，不時恫
嚇挾制，令人憂憤難忍，必須積極自強以圖禦侮。他認爲外國的長技在於船堅炮利，洋人恃此以挾制中國，我們也可以取其所長以對付洋人。丁日昌思想的另一個重要變化就是他從自己的親身體驗中認識到，中國傳統的生產工藝和手段無法適應近代槍炮製造的需要。舊式泥爐煉不出能夠製造近代槍炮的鋼鐵，用泥模鑄炮也很難使炮膛光滑勻衡。因此，丁日昌產生了改革生產工藝和手段的強烈願望。他在上海與洋人頻繁接觸，已對西人的機器工廠有所瞭解。王韜所著《火器說略》，更使他對近代槍炮的製造原理、生產工藝，特別是車牀等生產工具有了更深的理解。他寫信向李鴻章推薦王韜，同時建議設立“夾板火輪船廠”，用機器生產近代輪船和槍炮。恰在這時，容閡提出了要在中國發展“制器之器”的主張，丁日昌立即深表贊同。
從手工生產進而追求機器生產，是一個重要的觀念變革。這個觀念變革對中國19世紀60年代洋務自強運動的興起具有十分重要的意義。丁日昌以這種新的認識和觀念爲基礎，在上海積極設法，主持收買了美國人設在虹口的旗記鐵廠，合併原來的炸炮局，後又接納容閡從美國購回的機器。
1865年(同治四年)9月，丁日昌正式成立了江南製造局。江南製造局是清政府設立的第一家近代軍工企業，它標誌着中國近代軍事工業的產生。
丁日昌性情本急，加上長期操勞過度，他的身體早就極度虛弱，患有咳血等症。在臺灣又因瘴氣浸染，舊病復發。
1865年(同治四年)10月，被任命爲兩淮鹽運使，他深入各鹽場，向紳士、場丁、竈戶瞭解情況，完成了10餘萬字的調查報告，制訂了《淮鹽章程》、《兩淮甄別章程》、《淮北總略》等章程和規劃，實行改革，興利除弊。
1868年(同治七年)1月，丁日昌升江蘇巡撫，仍駐節蘇州。1868年(同治七年)4月他僱用9艘輪船把3萬石大米運到天津，爲創設輪船公司作準備。但已試航的輪船漕運，卻因頑固大臣的反對被迫停止。
1870年(同治九年)7月，江蘇省鄉試在南京舉行，他特意派出江南製造總局生產的“操江”、“恬吉”兩艘輪船免費接送應試士子，藉以宣傳輪船的優越性。丁在治蘇任內，澄清吏治，整頓地方，全省清理積案27萬宗，得到士民的好感，卻招來守舊派的怨恨。太常寺少卿王家璧3次上疏，對丁肆意漫罵攻擊。頑固派羣起附和。後因母黃氏病逝，丁日昌回粵，在揭陽舊居守制3年。並集資購“平安”號輪船，往來上海、汕頭之間作商業營運。
1875年(光緒元年)6月，丁日昌奉旨北上天津，幫助北洋大臣李鴻章商辦事務。9月，在沈葆楨的推薦下，出任福建船政大臣。1876年(光緒二年)初，又奉命兼署福建巡撫。丁日昌抵任後，提出要對船政局的生產加以革新，希望能派員往外國學習，延聘外國技術人員釆廠當教習。他和李鴻章、沈葆楨等奏準福州船政學堂第一批留學生35名赴歐學習，其中有嚴復，劉步蟾等人。丁日昌認爲電報可以通軍情，爲海防所必需，積極主張自設電報。他親自與丹麥大北公司交涉，收買了福州至羅星塔電線，成爲中國自營的第一條電報專線。隨後，他又主持架設了臺灣府城至安乎、旗後電線，成爲中國第一條自建電報線。
1877年(光緒三年)8月，他因病離職回籍休養。此後，清廷一再表示希望他再度出任海疆和樞廷要職。
1879年(光緒五年)下諭賞給他總督銜，令他專駐南洋，節制南洋沿海水師官兵，悉心辦理海防事宜。不久，又命他兼任總理各國事務衙門大臣。他都因病未能出山。丁日昌雖然身在林泉，但他對國家的防務仍時時予以關注。
1879年(光緒五年)6月，他上奏清廷，對海防等問題提出16條建議。由於琉球的廢滅，他對日本的侵略野心益加警惕，指出日本“三五年不南攻臺灣，必將北圖高麗(朝鮮)”。(中國近代史資料叢刊：《洋務運動》，第2冊，第394頁)他大聲疾呼朝野內外一定要齊心協力，急謀自強，否則將國無寧日。他還認識到“民心爲海防根本”，只有老百姓的生計有着落，元氣得到恢復，才能衆志成城，海疆安如磐石。因此，他希望統治者們能夠切實關心百姓的痛苦，從根本上使中國強大起來。
1881年(光緒七年)，丁日昌獲悉法人對越南之經營日趨積極，他便給總理衙門王大臣寫信，提醒他們予以關注。他說，越南爲法人蠶食，萎靡不振，若聽其自然，必成爲第二個琉球。他建議清廷密派廣西巡撫或提督，與越南密商自強辦法。他自己還曾組織人員翻譯法人所繪著的中越邊境地圖和說明，以揭露法國的侵略行徑。
