1820년 5월 12일 이탈리아를 여행 중이던 영국인 부부의 둘째딸로 태어났다. 17세 때인 1837년, 가난하고 병든 사람들을 돌보는 일에 평생을 바치겠다고 선언해, 이후 의회 보고서를 연구하는 틈틈이 공중위생과 공중병원을 공부했다. 1848년 간호사 교육 과정을 마쳤으며, 1853년 런던에 있는 자선 요양소의 간호감독으로 임명되었다. 1854년 크림전쟁이 발발하자 터키 이스탄불에서 야전병원장으로 활약했다. 당시 밤마다 등을 켜고 병든 병사들의 상태를 확인하기 위해 회진해서 ‘등불을 든 여인’으로 불렸다. 1856년 전쟁이 끝나고 영국으로 돌아와 국민적인 영웅으로 추앙받았으나 모든 공식적인 환영과 행사를 거부했다. 1860년 세계 최초의 간호학교인 나이팅게일 간호학교를 세웠으며, 이후 간호 전문 서적을 집필하고 간호사를 전문 직업으로 성숙시키는 데 앞장섰다. 90세 때인 1910년 8월 13일에 사망했으며, “화려한 장례식을 치르지 말라”는 그의 뜻에 따라 묘비에는 ‘F.N. 1820년에서 1910년까지 생존’이라고 간략하게 기재되어 있다.
국제적십자위원회는 나이팅게일상을 제정해 매년 세계 각국의 우수한 간호사를 표창하고 있으며, 영국성공회에서는 8월 13일을 ‘나이팅게일의 축일’로, 국제간호협의회는 나이팅게일이 태어난 5월 12일을 ‘국제 간호사의 날’로 기념하고 있다.