1829年9月7日，弗雷德里希·奥古斯特·凯库勒出生于黑森公国首都达姆施塔特。他的父亲是黑森公国军事参议员。凯库勒自幼显示出出众的才华。在国民学校读书时，尤其擅长数学与制图学。1847年毕业后，听从父亲的劝告，为学习建筑专业而考入吉森大学。
1849年秋天，凯库勒回到吉森大学读书。在李比希的实验室进行学习和研究工作。当时指导他的是李比希的老学生维尔。凯库勒第一次进行的专题研究项目是关于硫酸戊酯及其盐类的研究，并于1850年发表了研究论文。
1851年到1856年是凯库勒的游学时代，他先后到过巴黎、瑞士的来希瑙城、伦敦，与各国第一流的学者密切交往，使他获得了极有益的影响。1854年，凯库勒发表了最初的论文《关于含有硫磺的有机酸新系列备忘录》。在这篇研究论文中已经显露出一种根据原子决定分子结构的理论的萌芽。
1856年，凯库勒结束游学生活回到德意志，就任海德堡大学的讲师，在这里开始了他的讲授和研究工作。
他首先选择的研究专题是雷酸汞的分子结构。1857年，凯库勒在《关于雷酸汞的结构》论文中暗示了碳元素的四价性质之后，同年又发表了经典性论文《关于化合物的结构与变态及碳原子的化学性质》。这篇论文为现代分子结构理论打下了基础，一经发表就立即受到学术界的重视。1858年，凯库勒就任比利时的格恩大学教授，时年29岁。
在格恩的9年，是凯库勒精力充沛，研究工作达到最高峰时期。在1859年出版的《有机化学教程》第一卷中，他根据自己的见解展开的有机化学体系，将庞杂的实验事实整理系统条理化。这一著作对当时的化学界影响很大。以后又陆续出版了第二卷和第三卷。
凯库勒一生最为出色的成就是苯假说的诞生。苯式理论的起源同样充满了戏剧性。凯库勒在格恩时，有一天晚上执笔写着《化学教程》。但由于思维总是不时地转向别的问题，写得不顺利，于是，他把椅子转向壁炉打起盹来。这时候，凯库勒的眼前又出现这样的情景：一群原子旋转起来，其中小原子群跟在后面。曾经体验过这种幻影的凯库勒对此敏感起来。他立刻从中分辨出种种不同形状、不同大小的形象以及多次浓密集结的长列。而这些像一群蛇一样，互相缠绕，边旋转边运动。除此以外，他还看见，仿佛其中一条蛇衔着自己的尾巴，开始旋转起来，凯库勒像被电击一的猛醒过来。多么奇怪的梦啊！虽然只是一瞬间，但他还是记住了在梦中看见的分子中各个原子的排列顺序。凯库勒匆匆地在一张纸上写下碳链的新结构式。这是苯的第一个环状式。这种关于苯环的想法，给予实验和理论研究以新的推动。1865年，凯库勒发表了《论芳香族化合物的结构》，引起科学界的轰动，凯库勒也因此而名扬世界。
1867年，凯库勒被任命为波恩大学化学研究所所长。作为一个杰出的科学家，凯库勒的荣誉得到了普遍的承认。世界上许多国家的科学院都选举他为名誉院士。在波恩大学念书时听过凯库勒讲课的德国皇帝，为他恢复了祖先的贵族称号。1890年3月，德国化学会为纪念凯库勒的苯结构式首创25周年，隆重地举行了纪念活动，当时的盛况在化学史上是空前的。