Berzelius verlor in dem Alter von vier Jahren seinen Vater. Er studierte Medizin in Uppsala, wo er eine Abschlussarbeit über die Effekte von galvanischer Elektrizität auf Patienten anfertigte, die allerdings keinen praktischen Nutzen zeigte.

Seine ersten chemischen Erfahrungen sammelte er durch die Analyse von Mineralwässern. Dies führte zu einer unbezahlten Stelle am Kolleg für Medizin in Stockholm, wo er in dem Hause von Wilhelm Hisinger , einem reichen wissenschaftlichen Amateur, wohnte und mit ihm zusammen elektrochemische Studien durchführte. Berzelius beschwerte sich jedoch später, dass Humphry Davy davon den meisten Vorteil hatte.

1810 bekam er eine feste Stelle am Karolinska Institut . Dort gelangte er zur Meisterschaft in allen damaligen chemischen Disziplinen. Er publizierte eine Tabelle der Atomgewichte, begründete die chemische Elementaranalyse und führte die auch heute gebräuchliche Symbolschreibweise ein: Die Elemente werden durch den oder die beiden Anfangsbuchstaben des lateinischen Namens des Elementes gebildet, z.B.:

• H für Wasserstoff (hydrogenium),
• O für Sauerstoff (Oxygenium),
• Fe für Eisen (Ferrum),
• Au für Gold (aurum) und
• Hg für Quecksilber (hydrargium).

Berzelius führte grundlegende Begrifflichkeiten der organischen Chemie ein und prägte unter anderem die Begriffe Allotropie, Isomerie und Katalysator. Zudem gehen auf ihn Bestimmung des Atomgewichtes sowie die Entdeckung der Elemente Cer (1803), Selen (1817), Lithium (ebenfalls 1817, zusammen mit Johann Arfvedson) und Thorium (1828) zurück. Als Persönlichkeit wurde Berzelius als sehr temperamentvoll, wenn nicht leicht reizbar beschrieben.