1874年被任命为“琛海”兵船大副，以后历任“海东云舰”、“振威舰”、“飞霆舰”等兵船管带。1879年，李鸿章筹办北洋海军，他被调到北洋海军，任“镇南”炮船的管带。1867年入马尾船政学堂驾驶班第一期学习，1871年，被派至“建威”舰练习航海。

1874年以优异成绩毕业，并被船政大臣沈葆桢奖以五品军功任命为“琛航”运船管带，次年任“海东云”炮舰管带，时值日军侵台，邓世昌奉命扼守澎湖、基隆等要塞，得补千总。又调任振威炮舰管带，代理“扬武”快船管驾，升守备，加都司衔。1880年调入北洋水师，先后担任“飞霆”、“镇南”蚊炮船管带和“扬威舰”、“致远”舰管带。1894年9月17日在中日甲午黄海海战中壮烈牺牲。

1880年李鸿章为建设北洋水师而搜集人才，因邓世昌“熟悉管驾事宜，为水师中不易得之才”而将其调至北洋属下，先后担任“飞霆”、“镇南”蚊炮船管带。同年冬天北洋在英国定购的“扬威”、“超勇”两艘巡洋舰完工，丁汝昌水师官兵200余人赴英国接舰，邓世昌随往。

1881年11月安然抵达大沽口，这是中国海军首次完成北大西洋——地中海——苏伊士运河——印度洋——西太平洋航线，大大增强了中国的国际影响，邓世昌因驾舰有功被清廷授予“勃勇巴图鲁”勇名，并被任命为“扬威”舰管带。

1887年春，邓世昌率队赴英国接收清政府向英、德订造的“致远”、“靖远”、“经远”、“来远”四艘巡洋舰，是年底回国。归途中，邓世昌沿途安排舰队操演练习。因接舰有功，升副将，获加总兵衔，任“致远”舰管带。1888年，邓世昌以总兵记名简放，并加提督衔。是年10月，北洋海军正式组建成军，邓世昌升至中军中营副将。

1891年，李鸿章检阅北洋海军，邓世昌因训练有功，获“葛尔萨巴图鲁”勇名。1894年9月17日在大东沟海战中，邓世昌指挥“致远”舰奋勇作战，后在日舰围攻下，“致远”多处受伤，全舰燃起大火，于是邓世昌决心放手一搏，指挥战舰全力撞向日舰“吉野号”之右舷(据日方纪录其冲撞的是浪速号)。

倭舰官兵见状大惊失色，集中炮火向“致远”射击，不幸一发炮弹击中“致远”舰的鱼雷发射管，管内鱼雷发生爆炸导致“致远”舰沉没。邓世昌坠落海中后，其随从以救生圈相救，被他拒绝，并说：“我立志杀敌报国，今死于海，义也，何求生为!”，所养的爱犬“太阳”亦游至其旁，口衔其臂以救，邓世昌誓与军舰共存亡，毅然按犬首入水，自己亦同沉没于波涛之中，全舰官兵只有7人获救。