Ångström studierte an der Universität Uppsala Mathematik und Physik. 1839 promovierte er und unterrichtete Physik an der Universität, ab 1858 bis zu seinem Tod auch als Professor. Ab 1867 arbeitete Ångström als Sekretär der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Uppsala.

Bei seinen Forschungen stand die Erforschung des Sonnenspektrums im Vordergrund. 1862 erbrachte er in diesem Rahmen den Nachweis von Wasserstoff-Spektrallinien. Nach Ångström wurde deshalb auch die gleichnamige Einheit Ångström zur Messung der Wellenlänge benannt. Sie wird heute vor allem in der Festkörper-, Halbleiter- und Atomphysik sowie in der Kristallographie verwendet, weil die dort auftretenden Längen häufig wenige Ångström betragen.

Heute trägt ein Gebäude der Uppsala-Universität seinen Namen (Ångströmlaboratoriet). Außerdem wurde ein Mondkrater nach Ångström benannt.