No hay registro exacto de la fecha de su nacimiento, la cual se sitúa entre 1720 y 1725, en Ballenary, Irlanda.

Los pocos datos conservados sobre los primeros años de su vida, señalan que era hijo de Carlos O'Higgins y de Margarita O'Higgins. Católico de nacimiento, Ambrosio huyó hacia España y así llegó a Cádiz, en 1749, donde, junto con ponerse a las órdenes del rey, se dedicó al comercio. Años después, hacia 1761, se fue al Perú y llegó a Chile arruinado y endeudado. Dejó el comercio para dedicarse a cooperar con el ingeniero Juan Garland en los trabajos de fortificación de Valdivia, lo que fue el punto de partida de su espectacular carrera.

El 20 de noviembre de 1761 el gobernador interino, Félix de Berroeta, le dio el título de ingeniero delineador. En 1766 regresó a España con la intención de obtener allí algún cargo, pero se le aconsejó volver a Chile y se le encomendaron varios trabajos de ingeniería.

Entre 1765 y 1770, época en que Mendoza formaba parte de la Capitanía General de Chile, el gobierno español ordenó construir, a instancias de don Ambrosio O'Higgins, alrededor de ocho posadas o bóvedas para dar refugio, aun en invierno, a los correos y viajeros que, cruzando la cordillera, iban hacia esa parte de Chile. Las que estaban ubicadas en el que ahora es territorio argentino son llamadas "Casas del Rey" o "Casas de la Cordillera Nevada".

El 10 de diciembre de 1770 ascendió al grado de capitán  del Cuerpo de Dragones. El 7 de abril de 1773 era teniente coronel y comandante de caballería. El 20 de marzo de 1776 ascendió a maestre de campo interino, y el 7 de septiembre de 1777, a coronel de caballería. Siguió ascendiendo, y así el 5 de julio de 1780 era comandante general e inspector de milicias; el 23 de septiembre de 1783, brigadier de caballería, y el 14 de enero de 1786 es nombrado gobernador interino de Concepción, para ascender, el 21 de noviembre d 1787, a gobernador del Reino de Chile.

Gobernó desde 1788 hasta 1796, año en que fue nombrado por el rey de España virrey de Perú, cargo que ocupó hasta el 19 de junio de 1800. Entre sus títulos nobiliarios destacan su nombramiento como barón de Ballenary (1795) y el de marqués de Osorno (1796).

Murió el 18 de marzo de 1801, a las doce del día.

Gobierno (1788-1796) .

Nombrado gobernador de Chile y capitán general a la vez que presidente de la Real Audiencia. Asumió su cargo el 25 de mayo de 1788 y mientras lo ejerció realizó buena administración. Recorrió todo el país impulsando el progreso. Estructuró muchas ciudades. Organizó la agricultura, pesca, comercio y minería. Exportó productos y fomentó el trafico marítimo.

Un segundo censo de población se realizó en Chile bajo la administración del gobernador Ambrosio O'Higgins, en 1791, con fines de política económica, haciendo uso de los libros parroquiales.

Celebró un primer parlamento con los indios el 27 de febrero de 1793. Fue el primero en poner orden a las finanzas fiscales sabiéndose exactamente las entradas y los gastos. Fundó, en el norte de Chile (1788), las ciudades de Illapel, Combarbalá y Vallenar. El 31 de julio de 1791 fundó la ciudad de  Santa Rosa de los Andes. El 16 de julio de 1792, fundó el poblado de San José de Maipo. El puerto de Constitución lo fundó el 18 de junio de 1794; la ciudad de Linares, el 23 de mayo de 1794; la de Parral, el 27 de febrero de 1795. Destruida por una tribu araucana en 1602, Osorno se restauró en 1796 bajo las órdenes de Ambrosio O'Higgins.

Hizo construir el camino carretero de Santiago a Valparaíso por la cuesta de Zapata y Lo Prado (1795). Ese mismo año ordena la reorganización de la Aduana de Valparaíso. Se emprendió, durante su gobierno, la construcción de los tajamares de cal y ladrillo en el río Mapocho, para evitar los desastres que provocaban las crecidas del río. En 1791 abolió la encomienda y puso término al trabajo obligatorio de los indios.

El 4 de marzo de 1793 Ambrosio O'Higgins celebra con los mapuches un segundo parlamento en Negrete, gracias al cual se mantuvo una paz inalterable por muchos años. Según las actas, acudieron 61 caciques y mas de dos mil mapuches. Duró tres días con los discursos y ceremonias de estilo, abundantes banquetes en que se servía a los mapuches mucha carne asada y mucho vino y gran cantidad de regalos.

Fundó en 1795 el Consulado  o Tribunal de Comercio. A través de un decreto concedía, en 1796, una mayor libertad al comercio entre indios y españoles.

Nombrado virrey del Perú por Real Orden del 30 de noviembre de 1795, dejó el gobierno de Chile (24 de mayo de 1796) a José de Rezabal y Ugarte, regente de la Real Audiencia.

Como un hecho anecdótico, la historia consigna que cuando se inician las primeras batallas de emancipación de Chile, la caballería miliciana de Las Canteras, creada por don Ambrosio O'Higgins, realizaría su primera incursión como ejército patriota en 1813 al defender la plaza de Los Ángeles del ataque español.

Ambrosio O'Higgins es considerado como el más ilustre de los gobernantes de Chile durante la Colonia.