30 Aralık 1842’de İstanbul’da doğdu. Sadrazam İbrâhim Edhem Paşa’nın oğlu, Çok yönlü bir şahsiyet olarak yetişmesinde ailesinin önemli rolü olmuştur. İlkokula Beşiktaş’ta başladı ve 1856’da Mekteb-i Maârif-i Adliyye’ye kaydoldu. 1857’de hukuk tahsili için Paris’e gitti. Burada hukuk öğrenimine devam ederken bir yandan da Paris Güzel Sanatlar Yüksek Okulu’nda resim dersleri aldı ve arkeolojiyle ilgilendi. Sanata ve özellikle resme olan ilgisi hukuktan daha ağır basınca zamanının ünlü ressamları olan Jean-Leon Gérôme ve Boulanger’in atölyelerinde çalıştı. 1858’de gittiği Sırbistan ve Viyana’da müzeler ve resim sergileriyle ilgili incelemelerde bulundu. Aynı yıllarda Paris’e eğitim için gönderilen Süleyman Seyyid ve Şeker Ahmed Paşa ile birlikte 1867’de II. Milletlerarası Paris Sergisi’ne katıldı. 

Osman Hamdi Bey, Paris’te bir Fransız kızla evlendi. Bu evlilikten iki kızı oldu ve on yıl sonra eşinden ayrıldı. 

1871-1872’de İki Karpuz Bir Koltuğa Sığmaz ve uçurtma isimli iki tiyatro oyunu yazdı. 

24 Şubat 1910’da Kuruçeşme’deki yalısında vefat etti. Cenaze namazı Ayasofya Camii’nde kılındı, vasiyeti gereği hayattayken pek sevdiği Eskihisar’da yazlık olarak yaptırdığı çiftlik evinin arkasındaki yamacın üstüne gömüldü