אמונדסן נולד ב-16 ביולי 1872 בבורג (דרומית לאוסלו) שבנורווגיה לבעל האוניות יינס אמונדסן והיה הצעיר מבין ארבעה אחים. בנעוריו שירת אמונדסן בצי. אבל בהשפעת אימו יצא מעסקי הספנות המשפחתית והחל בלימודי רפואה. משנפטרה אימו בהיותו בן 21 עזב את תחום הרפואה ויצא לחיים של הרפתקאות ימיות, בהשפעת מסעו המפורסם של מי שהפך לאגדה לאומית בנורווגיה, החוקר פריטיוף ננסן לחציית גרינלנד בשנת 1888.
חקר הקוטב
בשנים 1897–1899 הצטרף למשלחת החקר הבלגית לאנטארקטיקה בהדרכתו של אדריאן דה ז'רלש במסעה הראשון. אוניית המשלחת, "בלגיקה", נתקעה בתוך שדה קרח ונאלצה להישאר במקום עד הפשרת הקרחון. כך הייתה המשלחת הבלגית הקבוצה האירופאית הראשונה שעברה חורף שלם באזור אנטארקטיקה על אף שלא תכננה לעשות זאת ולא הייתה מצוידת כראוי למטרה זו.
בעקבות טענות האמריקאים רוברט פירי ופרדריק קוק כי הגיעו אל הקוטב הצפוני (שאינן מקובלות כנכונות היום) החליט אמונדסן לכבוש את הקוטב הדרומי.
ב-1910 הפליג מנורווגיה למסעו הגדול באונייה פֿראם ("קדימה"), שבה ניסה לפניו הגלאי פריטיוף ננסן להגיע לקוטב הצפוני, במשלחת הקוטב הדרומי. בינואר 1911 הגיע למפרץ הלווייתנים והקים מחנה. ב-20 באוקטובר 1911 יצא אמונדסן עם ארבעה מלווים בלבד, 4 מזחלות ו-52 כלבים, במסע לכיבוש הקוטב. אמונדסן תכנן בקפידה פרטים רבים בהכנות למסע. הוא לקח בחשבון את הנוחות הגופנית והנפשית של חברי המשלחת. אמונדסן עיצב את המגפיים, המעילים והבגדים של אנשי המשלחת, ובמקביל גם דאג למוראל גבוה עם מלאי של 3,000 ספרים, גרמופון ותקליטים. הכלבים שהוא בחר היו החזקים והמוצלחים ביותר מבין כלבי המזחלת. הוא ידע שבמקרה הצורך ניתן יהיה להאכיל את הכלבים בבשר כלבים ואף להאכיל בו את חברי המשלחת. אמונדסן היה במירוץ עם רוברט פלקון סקוט ומשלחת טרה נובה שיצא לאותה מטרה - לכבוש את הקוטב הדרומי. אמונדסן היה מצויד היטב והגיע אל המטרה ב-14 בדצמבר 1911, 33 ימים לפני סקוט. אמונדסן הקים שם אוהל קטן והניף את הדגל הנורווגי. זה הסימן אשר מצא סקוט כאשר הגיע אחריו לקוטב.
ב-1926 עבר בטיסה את הקוטב הצפוני כשטס מסבאלברד לאלסקה. הטיסה הייתה בספינת אוויר בשם "נורגה" (Norge; נורווגיה) שמומנה על ידי לינקולן אלזוורת' כשאחד הטייסים היה אומברטו נובילה. בכך היו האנשים הראשונים שטסו מעל הקוטב (ואולי אף הראשונים שהגיעו אליו אי פעם). שנתיים לאחר מכן, ב-1928, יצא נובילה למסע לקוטב הצפוני ועקבותיו נעלמו. אמונדסן יצא בראש אחת הקבוצות שיצאה לחפשו, אך עקבותיו ועקבות חמשת האנשים אשר השתתפו בקבוצה אבדו. אין מידע כיצד הם נספו. נובילה נמצא לאחר מכן חי.