В молодости стал известен как спортсмен-лыжник и конькобежец. В 27-летнем возрасте впервые в истории пересёк на лыжах ледниковый покров острова Гренландия, что было воспринято широкой публикой как грандиозное спортивное достижение. В ходе попытки достижения Северного полюса — экспедиции на корабле «Фрам» — достиг 8 апреля 1895 года 86° 13? 36" с. ш. Хотя после этого Нансен не участвовал в первопроходческих предприятиях, методы передвижения и выживания во льдах и используемое им оборудование стали примером для подражания для многих полярников мирового класса; Нансен регулярно консультировал полярных исследователей из разных стран.
Нансен изучал зоологию в университете Кристиании, работал в Бергенском музее; его исследования в области строения центральной нервной системы беспозвоночных были обобщены в докторской диссертации 1888 года. После 1897 года основные научные интересы Нансена переключились на вновь создаваемую науку — океанографию; исследователь участвовал в нескольких океанографических экспедициях в Северной Атлантике.
Как патриот Норвегии, Нансен в 1905 году выступил за расторжение унии Норвегии и Швеции, после чего на долгие годы основным его занятием стала политика. Между 1905—1908 годами он служил посланником Норвегии в Лондоне, поспособствовав утверждению высокого международного статуса Норвегии.
Последнее десятилетие жизни Нансена связано с Лигой Наций. С 1921 года он был её верховным комиссаром по вопросам беженцев. Велик его вклад в налаживание связей Европы и Советской России, оказание помощи голодающим Поволжья. В 1922 году он был удостоен Нобелевской премии мира за свою работу по репатриации и натурализации лиц, перемещённых в результате Первой мировой войны, и урегулированию связанных с этим конфликтов. Важнейшей его инициативой были Нансеновские паспорта, позволяющие беженцам без гражданства найти приют в других странах. После кончины Нансена его дело было продолжено Нансеновской организацией по вопросам беженцев, центральный офис которой получил в 1938 году Нобелевскую премию за усилия по распространению паспорта Нансена.
Происхождение
Семейство Нансенов — датского происхождения, его родоначальником был купец Ханс Нансен (1598—1667), который в 16-летнем возрасте совершил первое плавание по Белому морю, а в 21 год по приглашению царя Михаила Фёдоровича обследовал архангельское побережье. В 1621—1636 годах служил в Исландской компании, каждый год совершая поездки на Север. В дальнейшем он жил в Копенгагене и, хорошо владея русским языком, служил переводчиком короля Кристиана IV. В 1633 году опубликовал «Космографию», которая в значительной степени была основана на опыте его путешествий. В 1654 году Ханс Нансен был назначен бургомистром Копенгагена, а в 1658 году руководил его обороной во время войны со шведами. Скончался в должности верховного судьи, все последние годы жизни возглавлял политическую борьбу датского бюргерства против дворян. Фритьоф Нансен, по воспоминаниям дочери Лив, чрезвычайно высоко оценивал личность своего прапрапрапрадеда.
Только в XVIII веке Нансены перебираются в Норвегию: в 1761 году Анкер Антони Нансен (1730—1765) получил назначение на должность нотариуса в Итре-Согн (в округе Ёрен к югу от Ставангера), где женился на местной уроженке, однако после его смерти семья вернулась в Данию. Характерно, что А. Нансен совершенно не говорил по-норвежски, но «считался хорошим норвежцем». Его единственный сын Ханс Лейердаль Нансен (1764—1821) был судьёй в Тронхейме, а на первом чрезвычайном стортинге 1814 года стал активным сторонником унии со Швецией. От первого брака он имел шестерых детей. В семье Нансенов считалось, что его вторая жена Венделия Кристиана Луиса Мёллер — внебрачная дочь короля Фредерика VI. Она и была матерью Бальдура Фритьофа Нансена (1817—1885) — отца Фритьофа Нансена. Если эта версия верна, то Фритьоф Нансен был троюродным братом короля Фредерика VIII, отца норвежского короля Хокона VII.