Родился 14 января 1818 в семье врача и известного собирателя народной поэзии. Уже в детстве проявились его художественные способности: богатое воображение, наблюдательность, интерес к таинственному и мистическому. В возрасте одиннадцати лет он был отправлен на обучение в школу в Улеаборге.
В 1833 году переехал в Гельсингфорс, где познакомился с Юханом Людвигом Рунебергом, стоявшим во главе финского национально-патриотического движения в 1830-х годов. Кружок Рунеберга оказал сильнейшее влияние на молодого Топелиуса, предопределив дальнейшее развитие его литературной и общественно-политической деятельности. В 1840 Топелиус закончил Гельсингфорсский университет, в 1841 стал главным редактором «Гельсингфорсских известий» (швед. Helsingfors Tidningar) и занимал эту должность вплоть до 1860.
Его публицистика отличалась либеральностью взглядов. В 1845 году вышел первый из четырёх сборников стихов Топелиуса, «Цветы вереска».
В 1847 году он стал доктором исторических наук, спустя ещё семь лет — профессором. Однако пророссийская позиция Топелиуса в период Крымской войны оттолкнула от него наиболее радикально настроенных финнов.
С 1873 по 1878 был ректором Гельсингфорсского университета. В 1878 году оставил эту должность, чтобы всецело посвятить себя литературной работе.
Был награждён Шведской академией золотой медалью за литературные заслуги в 1886 году.
Литературное творчество Топелиуса весьма многообразно. Его лирика глубоко патриотична, пронизана любовью к родине и её природе («Таяние льдов на реке Улео», «Лесные песни», «Зимняя улица» и др.) В более поздних стихах Топелиуса преобладают религиозные мотивы.
Кроме того, Тобелиус знаменит исторической прозой: романами, повестями и рассказами, в которых сказалось влияние Вальтера Скотта, Виктора Гюго и датского романиста Б. С. Ингеманна. Опубликованный в 1850 году роман Т. «Герцогиня Финляндская» стал первой попыткой создания в финской литературе крупного национально-исторического романа. «Рассказы фельдшера» дают художественный очерк об истории Финляндии со времен Густава II Адольфа до Густава III. В 1879 году вышел роман о временах шведской королевы Кристины — «Дети звёзд». Из драматических произведений Топелиуса широкую известность имели трагедия «Регина фон Эммериц» (1853) и драма «50 лет спустя» (1851), в основу которых были положены эпизоды из «Рассказов фельдшера».
В Европе Топелиус известен прежде всего как автор сказок «Sagor» (1847—1852). В более ранних из них чувствуется некоторое подражание Андерсену, но затем он находит свой собственный оригинальный стиль.