En 1791 Humboldt ingresa a la Escuela de Minas de Freiberg y llega a hacer parte del Consejo Superior de Minas. Cuando fallece su madre en 1796, abandona su cargo en el estado prusiano y recibe una herencia considerable que le permite llevar a cabo la expedición que silenciosamente había venido madurando desde sus primeros contactos con viajeros, botánicos y geólogos. Se dedica desde entonces a preparar su viaje a la América Equinoccial, realizando varias exploraciones a Jena, Viena, París y algunas ciudades españolas. Durante su estadía allí logra reunirse con Carlos IV, quien a través del Consejo de Indias le concede un pasaporte para viajar a América y así poder realizar con libertad todas sus investigaciones.

Una vez cristalizado su sueño de viajar, Humboldt se embarca junto a Aimé Bonpland, botánico y médico francés quien fuera su compañero durante toda la expedición y amigo por el resto de su vida, en la Fragata Pizarro. Los viajeros abandonan la embarcación en Venezuela debido a una epidemia de fiebre. Así a sus treinta años, el 16 de julio de 1799, Humboldt pisa tierras continentales de América en Cumaná. Iniciándose allí la primera exploración que deja atrás los tradicionales objetivos colonialistas y económicos que habían caracterizado a los viajeros que llegaban al Nuevo Continente.

El trabajo de Humboldt y Bonpland se caracteriza por la dedicación académica y científica, que incluso supera los conocimientos propios de las disciplinas que los viajeros conocían: geomagnetismo, geografía, botánica y geología, por objetivo mayor, acercarse a una filosofía de la Tierra a través de un conocimiento íntegro de la Naturaleza, a partir de una ciencia autodidacta que no sólo funda sus cimientos en los saberes aprendidos sino que está dispuesta a crearse con las nuevas observaciones.

Es importante recordar que Humboldt jamás aceptó dineros de gobierno alguno para evitar que sus investigaciones se supeditaran a fines secundarios como el comercio y explotación de plantas y minerales, tal como ocurrió con la Expedición Botánica.

Luego de realizar algunas muestras y observaciones botánicas y geológicas durante más de cuatro meses en Cumaná, Caracas y otros lugares venezolanos, llegan el 27 de marzo de 1800 a San Fernando de Apure, establecimiento de las misiones capuchinas y punto de partida para el viaje fluvial por los ríos Orinoco, Apure, Atabapo y Negro, que lo llevará a puntos muy cercanos de la actual geografía colombiana y que puede contemplarse como la primera aproximación a sus estudios en los Andes, ya que cartografióríos que como el Meta y el Arauca, nacen en la Alta Montaña colombiana. Estudia además ecosistemas afines a los territorios venezolanos y colombianos. Durante este viaje realiza sus primeros herbarios y algunas observaciones de fauna como la del gimnoto, los tigres, monos araguatos, cocodrilos y otras especies. Sus investigaciones en Venezuela culminan el 24 de noviembre en Nueva Barcelona, desde allí parte a Cuba, a donde arriba el 19 de diciembre de 1800. En su permanencia hasta el 8 de marzo de 1801, consolida parte de su Ensayo político sobre la Isla de Cuba. En sus escritos sobre Cuba se evidencia la aversión que Humboldt siempre tuvo por la esclavitud impuesta por Europa, pues siempre criticó duramente todas las formas de maltrato y los juicios denigrantes que contra los indígenas y negros se elevaban tanto en Europa como en la misma América.

Mientras Humboldt y Bonpland se dedican a sus estudios, su fama en Europa crece a gran velocidad. La intensidad de su correspondencia, los herbarios y las muestras geológicas que comienzan a enviar los convierten cada vez más en científicos de renombre, no sólo por el mérito de sus avances como naturalistas, sino también por lo aventurado de su viaje. Una vez más zarpa junto a Bonpland desde Batabano a bordo de una goleta catalana con destino a la Nueva Granada. Luego de una escala en Trinidad y de muchas peripecias marinas logran atracar en El Zapote, poblado cercano a la desembocadura del Sinú. Desde allí se dirigen por la costa a Cartagena, donde son recibidos por José Ignacio de Pombo, quien los invita a Turbaco para observar por primera vez
los Volcanes de aire, a pesar de que sus planes de viaje estaban trazados hacia Panamá para encontrarse con Baudin, viajero francés que daba la vuelta al mundo. Sin embargo al calcular que dicho encuentro no sería posible, decidió tomar el Magdalena para llegar a Santa Fe y luego seguir hasta Lima. En su travesía fluvial recopila la información para elaborar el Mapa del Río Grande de la Magdalena, en el cual recomienda la adecuación de algunas zonas para hacer más eficiente la navegación; y un ensayo sobre la respiración de los cocodrilos.

Su llegada a Bogotá el 6 de julio causa expectativa. Le ofrecen un gran recibimiento. Es invitado de José Celestino Mutis, con quien confronta información sobre las especies nativas de Colombia. Por petición del virrey Mendinueta visita las minas de sal de Zipaquirá y escribe la Memoria Raciocinada de las Salinas de Zipaquirá. Realiza un viaje al lago de Guatavita, el Páramo de Chingaza y El Salto del Tequendama. Dedica algún tiempo al estudio de la mitología muisca, cuyo calendario dejó incluido en el libro Sitios de las Cordilleras.

Tras su partida del altiplano visita los Puentes naturales de Icononzo, que se erigen sobre el río Sumapaz, cerca de Pandi. Continúa por Ibagué con rumbo hacia Cartago a través del Quindío hasta llegar a Popayán, donde permanece alrededor de un mes ya que viaja al Volcán del Puracé. Su viaje concluye en Pasto donde explora el Volcán Galeras y algunos páramos vecinos.

Parte de Colombia en diciembre de 1801 con rumbo a Quito. Una vez instalado, asciende el Cotopaxi, el Pichincha, el Antisana y el Tungurahua. Con estas observaciones logra cartografiar la disposición volcánica delos Andes y consolidar su Geografía de las Plantas Equinocciales. Este trabajo fue base para el desarrollo de la fitogeografía que posteriormente abre las puertas al progreso de la biogeografía ya que Humboldt logra establecer la relación existente entre factores climáticos y la distribución de la vegetación y por ende de la fauna.

Luego de recorrer Lima regresa a Ecuador para embarcarse rumbo a México, donde realizaría sus investigaciones más exhaustivas en Antropología e Historia. Como producto de ese trabajo se conoce su Ensayo político sobre el Nuevo Reino de España, Aportaciones a la Antropología Mexicana y gran parte de Sitios de las Cordilleras y Monumentos de los Pueblos Indígenas de América.

Finalmente regresa a Cuba para tomar rumbo a Filadelfia, Estados Unidos, donde lo recibe Thomas Jefferson. Se despide de América el 9 de julio de 1804 cargado de más de sesenta mil plantas, bocetos de mapas y paisajes, muestras geológicas y folios repletos de datos geográficos que le servirán para la elaboración de mapas que sin duda son un gran escalón en la historia de la cartografía americana.

Al regresar a Europa se instala en París para dedicarse a redactar y concluir sus investigaciones americanas con base en un diario de anotaciones que llevó durante todo su viaje. Allí conoce a Simón Bolívar, quien después afirma que Humboldt es el verdadero descubridor de América ya que sus estudios le han aportado más que la acción de todos los conquistadores.

Tras algunas exploraciones menores a Rusia e Italia, Humboldt pone todo su empeño en sus obras: Viaje a las Regiones equinocciales, Cuadros de la Naturaleza; finalmente en 1834, se dedica a Cosmos, obra en que condensa todos sus conocimientos de geografía, geomagnetismo, geología y fitogeografía. Crea por fin su Filosofía de la Naturaleza, comienzo de una nueva etapa en la historia de la ciencia.

Sus últimos años los ocupa en la docencia y las labores diplomáticas que le correspondían como Chambelán del rey. Muere de viejo el 6 de mayo de 1859, dejando viva hasta nuestros días la expectativa de comprender La Naturaleza.