1829年9月7日，弗雷德裏希·奧古斯特·凱庫勒出生於黑森公國首都達姆施塔特。他的父親是黑森公國軍事參議員。凱庫勒自幼顯示出出眾的才華。在國民學校讀書時，尤其擅長數學與製圖學。1847年畢業後，聽從父親的勸告，為學習建築專業而考入吉森大學。
1849年秋天，凱庫勒回到吉森大學讀書。在李比希的實驗室進行學習和研究工作。當時指導他的是李比希的老學生維爾。凱庫勒第一次進行的專題研究項目是關於硫酸戊酯及其鹽類的研究，並於1850年發表了研究論文。
1851年到1856年是凱庫勒的遊學時代，他先後到過巴黎、瑞士的來希瑙城、倫敦，與各國第一流的學者密切交往，使他獲得了極有益的影響。1854年，凱庫勒發表了最初的論文《關於含有硫磺的有機酸新係列備忘錄》。在這篇研究論文中已經顯露出一種根據原子決定分子結構的理論的萌芽。
1856年，凱庫勒結束遊學生活回到德意誌，就任海德堡大學的講師，在這裏開始了他的講授和研究工作。
他首先選擇的研究專題是雷酸汞的分子結構。1857年，凱庫勒在《關於雷酸汞的結構》論文中暗示了碳元素的四價性質之後，同年又發表了經典性論文《關於化合物的結構與變態及碳原子的化學性質》。這篇論文為現代分子結構理論打下了基礎，一經發表就立即受到學術界的重視。1858年，凱庫勒就任比利時的格恩大學教授，時年29歲。
在格恩的9年，是凱庫勒精力充沛，研究工作達到最高峰時期。在1859年出版的《有機化學教程》第一卷中，他根據自己的見解展開的有機化學體係，將龐雜的實驗事實整理係統條理化。這一著作對當時的化學界影響很大。以後又陸續出版了第二卷和第三卷。
凱庫勒一生最為出色的成就是苯假說的誕生。苯式理論的起源同樣充滿了戲劇性。凱庫勒在格恩時，有一天晚上執筆寫著《化學教程》。但由於思維總是不時地轉向別的問題，寫得不順利，於是，他把椅子轉向壁爐打起盹來。這時候，凱庫勒的眼前又出現這樣的情景：一群原子旋轉起來，其中小原子群跟在後麵。曾經體驗過這種幻影的凱庫勒對此敏感起來。他立刻從中分辨出種種不同形狀、不同大小的形象以及多次濃密集結的長列。而這些像一群蛇一樣，互相纏繞，邊旋轉邊運動。除此以外，他還看見，仿佛其中一條蛇銜著自己的尾巴，開始旋轉起來，凱庫勒像被電擊一的猛醒過來。多麼奇怪的夢啊！雖然隻是一瞬間，但他還是記住了在夢中看見的分子中各個原子的排列順序。凱庫勒匆匆地在一張紙上寫下碳鏈的新結構式。這是苯的第一個環狀式。這種關於苯環的想法，給予實驗和理論研究以新的推動。1865年，凱庫勒發表了《論芳香族化合物的結構》，引起科學界的轟動，凱庫勒也因此而名揚世界。
1867年，凱庫勒被任命為波恩大學化學研究所所長。作為一個傑出的科學家，凱庫勒的榮譽得到了普遍的承認。世界上許多國家的科學院都選舉他為名譽院士。在波恩大學念書時聽過凱庫勒講課的德國皇帝，為他恢複了祖先的貴族稱號。1890年3月，德國化學會為紀念凱庫勒的苯結構式首創25周年，隆重地舉行了紀念活動，當時的盛況在化學史上是空前的。