Основоположник географии растительности.
Научные интересы Гумбольдта были необычайно разнообразны. Своей основной задачей он считал «постижение природы как целого и сбор свидетельств о взаимодействии природных сил», за широту научных интересов современники прозвали его Аристотелем XIX века. Исходя из общих принципов и применяя сравнительный метод, он создал такие научные дисциплины, как физическая география, ландшафтоведение, экологическая география растений.
Уделял большое внимание изучению климата, разработал метод изотерм, составил карту их распределения и фактически дал обоснование климатологии как науки. Подробно описал континентальный и приморский климат, установил природу их различий.
Благодаря исследованиям Гумбольдта были заложены научные основы геомагнетизма.
Член Берлинской (1800), Прусской и Баварской академий наук.
Почётный член Петербургской академии наук (1818).
Отец Гумбольдта — Александр Георг — был прусским офицером, которого за заслуги в Семилетней войне назначили камергером наследного принца. Женившись на Марии Елизавете фон Голведе, он получил двух сыновей: Вильгельма (22 июня 1767) и Александра (1769). Также его братом по матери, от её первого брака, был слабоумный Фердинанд фон Голведе (1763—1817). Крестными отцами у Александра при крещении в кафедральном соборе Берлина были: будущий король Пруссии Фридрих Вильгельм II, герцог Фердинанд фон Брауншвайг и министр Барон фон Финкенштайн.
Александр и Вильгельм наслаждались замечательным домашним образованием известных учителей, и хотя Александра считали тяжёлым, не любящим учёбу ребёнком, он проявлял интерес к природе и имел художественный талант. Образование братьев Гумбольдтов находилось под большим влиянием Просвещения, Канта и Руссо. Их воспитателями были известные учёные: И. Кампе, К. Кунт, И. Энгель, Х. Дом, Лёффлер.
В 1785 году Гумбольдт познакомился с К. Николаи, М. Мендельсоном.
В 1787 году Гумбольдт поступил в университет Франкфурта-на-Одере, где изучал экономику и финансы. Он посещал также лекции по медицине, физике, математике и науке о древнем мире.
С 1788 года он в Берлине, изучал греческий язык, технологию и ботанику, последнюю под руководством немецкого ботаника К. Л. Вильденова.
Весной 1789 года он отправился в Гёттингенский университет, где читали лекции Х. Гейне, И. Блуменбах, А. Кестнер, Г. Лихтенберг, И. Эйхгорн. Классическая литература, история, естествознание, математика интересовали Гумбольдта в одинаковой степени. Х. Гейне возбудил в нём охоту к археологии. Под его влиянием Гумбольдт написал своё первое, оставшееся ненапечатанным, сочинение «О тканях греков». В том же 1789 году осуществил путешествие по Германии. В Гёттингенском университете Гумбольдт оставался до 1790 года. К этому времени относится его первая геологическая работа «О рейнских базальтах» (Mineralogische Beobachtungen ?ber einige Basalte am Rhein. — Brunswick, 1790).
В марте 1790 года он предпринял первое путешествие за пределы немецких земель в обществе своего друга Г. Форстера по Рейну, оттуда — в Англию и Францию (неделю пробыл в Париже). Эта поездка возбудила в нём страсть к путешествиям и посещению отдалённых тропических стран. После этой экскурсии он поступил в торговую академию в Гамбурге, где изучал новые языки и коммерцию, занимаясь в то же время ботаникой и минералогией. Результатом этих занятий явились несколько мелких ботанических работ, среди которых — открытие ускоряющего действия хлора на прорастание семян.
Желание поближе ознакомиться с геологией увлекло Гумбольдта в 1791 году во Фрайберг, где преподавал А. Г. Вернер. В Йене под руководством Х. Лодера он изучал анатомию. Ф. фон Цах и Й. Келлер дали ему основы астрономии и научили пользоваться научными инструментами. Он учился также в Торговой академии Бюсе. Опубликовал свои первые работы: «Минералогические наблюдения некоторых базальтов Рейна», а также статью в Химических анналах. В августе посетил Богемию.
В 1792 году его учебные годы закончились и он возвратился в Берлин. Теперь он обладал обширными и разносторонними знаниями не только в естествознании, но и в истории, юридических науках, классической литературе, владел несколькими языками. К этому нужно прибавить полную материальную обеспеченность.
В 1792 Гумбольдт получил место обер-бергмейстера в Ансбахе и Байрейте. Занятия, связанные с этою должностью, вполне гармонировали с желаниями Гумбольдта. Он ревностно принялся за новые занятия, старался поощрять и развивать горную промышленность, изучал её историю по архивным документам, возобновил заброшенные рудные копи в Гольдкронахе, устроил школу горного дела в Штебене, занимался изучением газов, скопляющихся в шахтах, и пытался изобрести безопасную лампу и дыхательную машину для употребления в тех случаях, когда в шахте скопляется много углекислоты или других вредных для дыхания газов.
В 1792—1794 осуществляет многочисленные инспекционные поездки по землям Германии.
Параллельно с этими практическими занятиями шли учёные исследования: статьи и заметки по геологии в различных журналах, флора тайнобрачных Фрейберга (лат. Florae Fribergensis Specimen, 1793), «Афоризмы из химической физиологии растений» — резюме опытов Гумбольдта по вопросам о раздражимости растительных тканей, питании и дыхании растений. К этому же периоду относятся исследования над животным электричеством, обнародованные несколько позднее под заглавием «Опыты над раздражёнными мускульными и нервными волокнами» (нем. Versuche ?ber die gereizte Muskel- und Nervenfaser. Berlin, 1797). Часть опытов была им произведена над собою при содействии доктора Шалдерна: объектом исследования служила спина Гумбольдта.
В этих работах уже проявились характерные черты Гумбольдта как учёного: стремление отыскать общую основу разнороднейших с виду явлений, недоверие к метафизическим принципам (в «Афоризмах…» он ещё стоит за жизненную силу, действующую вопреки законам физики; но уже в исследованиях о животном электричестве излагает вполне рациональный взгляд на жизнь, установившийся в науке только в 1830-х-1840-х годах), проницательность гения, опережающего свой век (взгляды его на электрические явления в животных тканях подтвердились 50 лет спустя в работах Дюбуа-Реймона; мнение о роли минеральных солей, как необходимого составного элемента в пище растений, утвердилось в науке только после работ Соссюра и Либиха). В это же время определилась задача его жизни — физическое мироописание; в 1796 он пишет:
«Физика мира» — свод целого ряда наук, из которых некоторые были вызваны к жизни самим Гумбольдтом. Наконец, стремление передать научные выводы в художественной, образной форме (плодом которого явились впоследствии «Картины природы» и «Космос») проявилось в статье «О родосском гении» (нем. Die Lebenskraft, oder der rhodische Genius) — прекрасно написанном, но довольно вычурном аллегорическом изображении «жизненной силы» (напечатано в журнале «Die Horen» Шиллера в 1795).
Связи Гумбольдта с лицами высшей администрации, отношения ко двору, к наследному принцу, лично знавшему и ценившему обоих братьев Гумбольдтов, — всё это нередко заставляло его принимать участие в делах государства. В 1794 он сопровождал Гарденберга, ездившего во Франкфурт-на-Майне для переговоров с голландским и английским уполномоченными. После заключения Базельского мира Гумбольдт был послан к Моро, французскому главнокомандующему, для переговоров насчёт владений Гогенлоэ (прусское правительство боялось опустошения их французами) и исполнил поручение с полным успехом.
В 1796 умерла его мать, и вместе с этим исчезло главное препятствие его планам на путешествие: мать не хотела отпускать его в далёкие страны. Тотчас по её смерти Гумбольдт вышел в отставку и, получив свою часть наследства (около 85 000 талеров), стал готовиться к путешествию.
Время тогда было не совсем благоприятное для больших экспедиций. Снаряжавшаяся Директорией экспедиция вокруг света, в которой Гумбольдт хотел принять участие, была отложена вследствие финансового расстройства Франции; присоединиться к экспедиции французских учёных в Египет ему не удалось, потому что поражение французского флота при Абукире прекратило сношения Франции с Александрией. Так прошло четыре года, в течение которых Гумбольдт жил в Йене, Зальцбурге и Париже.
Париж понравился ему и навсегда остался его любимым городом. Он познакомился и подружился с самыми выдающимися натуралистами и математиками того времени и приобрёл огромную популярность во французском обществе.
Особенно близко сошёлся он с Эме Бонпланом, молодым ботаником, тоже мечтавшим о путешествии. Наконец в Мадриде Гумбольдту удалось получить разрешение посетить и исследовать испанские владения в Америке. Всё-таки воспользоваться разрешением оказалось довольно трудно: порт Ла-Корунья, откуда Гумбольдт и Бонплан намеревались отплыть в Америку, был блокирован английскими кораблями. Наконец сильная буря заставила английские корабли удалиться от берега, и корвет «Писарро», на котором отправлялись Гумбольдт и Бонплан, ночью 5 июня 1799 оставил Корунью и счастливо миновал английские суда.
Материал для исследований представился в достаточном изобилии с первых же дней. Морские течения, морские животные и растения, фосфоресценция моря и т. п. — всё это было ещё едва затронуто наукой. Путешественники посетили прежде всего Канарские острова, где пробыли 6 дней. Здесь при виде различных растительных поясов Пика ди Тейде, являющихся один над другим по мере движения к вершине, явилась у Гумбольдта мысль о связи растительности с климатом, положенная им в основу ботанической географии.
К концу плавания эпидемия, вспыхнувшая на корабле, заставила их высадиться раньше, чем они предполагали: в Кумане, на берегу Венесуэлы, 16 июля 1799.
Богатство и разнообразие тропической природы поразило их. Из Куманы (он находился там 7 августа 1799) они предприняли ряд экскурсий в соседние местности, а затем отправились в Каракас, где пробыли два месяца, отсюда — в Апуре, на одноимённой реке, по которой хотели спуститься в Ориноко, подняться к её верховью и убедиться, точно ли система Ориноко соединяется с системой Амазонки. В Апуре путешественники наняли пирогу с пятью индейцами и отправились дальше водою. Убедившись в соединении речных систем Ориноко и Амазонки посредством протока Касикьяре, Гумбольдт и Бонплан спустились по Ориноко до Ангостуры (ныне Сьюдад-Боливар), главного города Гвианы (ныне в составе Венесуэлы).
Гумбольдт писал Вильденову:
Из Ангостуры путешественники отправились в Гавану, где пробыли несколько месяцев, изучая природу и политическое состояние Антильских островов; отсюда переправились в Бразилию и, посвятив довольно долгое время изучению плато Санта-Фе, отправились в Кито через проход Квиндиу в Кордильерах. Это был утомительный и опасный переход: пешком, по узким ущельям, под проливным дождём, без обуви, которая быстро износилась и развалилась.