Florence urodziła się w bogatej rodzinie. Ojciec, William E. Nightingale odziedziczył ogromną fortunę. Florence i jej siostra Parthepone urodziły się podczas długiej podróży poślubnej rodziców po Europie.
Mieszkali w Londynie, lato spędzając w wiejskiej posiadłości w Hampshire.
Wiadomość, że Florence pragnie zostać pielęgniarką, przeraziła rodzinę: pielęgniarki wówczas rekrutowały się zazwyczaj spośród prostytutek i osób z niskich warstw społecznych. W opinii rodziny żadna szanująca się dama nie mogłaby wykonywać tak haniebnego zajęcia.
Florence była jednak stanowcza i w 1845 zaczęła odwiedzać szpitale i inne placówki medyczne, gromadząc informacje na ich temat.
W 1851 Florence zaczęła uczyć się zawodu pielęgniarki w Instytucie Diakonis Protestanckich w Kaiserwerth. W 1853 przyjęła stanowisko kierowniczki w Zakładzie Opieki dla Chorych Dam w Londynie i wykorzystała okazję, aby uczynić z owej instytucji wzorowy szpital swoich czasów. Podjęła się również szkolenia pielęgniarek, którym zapewniała odpowiednie wykształcenie zawodowe i dbała o ich poziom moralny, co miało przyciągać do zawodu kobiety o nieposzlakowanej reputacji.
W czasie wojny krymskiej na prośbę Sidneya Herberta zorganizowała od podstaw opiekę nad rannymi żołnierzami, zwalczając uprzedzenia i sprzeciwy lekarzy, urzędników, oficerów. Wielu żołnierzy brytyjskich rannych w czasie wojny zawdzięczało życie Florence Nightingale. Jako przełożona zespołu 38 angielskich pielęgniarek w szpitalu w Scutari (dziś Üsküdar, azjatycka dzielnica Stambułu) zdołała dzięki swej energii i zaangażowaniu poprawić fatalny stan sanitarny brytyjskich szpitali polowych. Odkryła, że ranni żołnierze umierają nie tylko z powodu obrażeń, lecz także na skutek szoku pourazowego, że potrzebują nie tylko leczenia, ale i opieki. Później została ekspertem armii brytyjskiej ds. wojskowej służby pielęgniarskiej. Nightingale wypracowała podstawy niemal wszystkich współczesnych technik i sposobów pielęgnacji chorych i poszkodowanych.
W 1860 założyła w Londynie przy szpitalu św. Tomasza pierwszą szkołę pielęgniarstwa.
W 1907 jako pierwszej kobiecie przyznano Brytyjski Order Zasługi, a pięć lat po jej śmierci wzniesiono ku jej czci Pomnik Wojny Krymskiej.
Medal Florence Nightingale jest od 1912 roku przyznawany zasłużonym pielęgniarkom z całego świata.