亚历山大·弗莱明1881年8月6日出生在苏格兰的洛克菲尔德，家中世代务农。13岁时随其兄去伦敦做工，1901年意外地得到姑父的一笔250英镑遗产，他利用这笔财富，通过16门功课的考试，进入了伦敦大学圣玛丽医学院，期间获得了学校提供的各种名目的奖学金。
1906年7月，他通过了一系列测试，获得了独立开诊所的资格。毕业后留在母校的研究室，帮助其师赖特博士进行免疫学研究。1909年，弗莱明独自开始了尝试对痤疮进行免疫接种的研究，并成功改良了梅毒的繁琐检测程序。
一战爆发后赖特率他的研究小组赴法国前线，研究疫苗是否可以防止伤口感染。这给了弗莱明一个极其难得的系统学习致病细菌的好机会。在那里他还验证了自己的想法，既含氧高的组织中，伴随着氧气的耗尽，将有利于厌氧微生物的生长。证实了用杀菌剂消毒创伤的伤口，事实上并未起到好的作用，细菌没有真正被杀死，反倒把人体吞噬细胞杀死了，伤口更加容易发生恶性感染。他们建议尽早使用浓盐水冲洗伤口，这项建议到了二战时期才被广泛采纳。此外他做了历史上第一个院内交叉感染的科学研究。另外他还推动了输血技术的改良，作了有关柠檬酸钠的抗凝作用和钙的凝血作用的研究，并利用新技术给100名伤员输血，全都获得成功。
1918年弗莱明返回圣马利亚医院，加紧细菌研究工作。
1921年11月，弗莱明患上了重感冒。他在培养一种新的黄色球菌时，索性取了一点鼻腔粘液，滴在固体培养基上。两周后，当弗莱明在清洗前最后一次检查培养皿时，发现一个有趣现象，培养基上遍布球菌的克隆群落，但粘液所在之处没有，而稍远的一些地方，似乎出现了一种新的克隆群落，外观呈半透明如玻璃般。弗莱明一度认为这种新克隆是来自他鼻腔粘液中的新球菌。而他的同事则认为更可能是空气中的细菌污染所致。很快他就发现，这所谓的新克隆根本不是一种什么新的细菌，而是由于细菌溶化所致，由此发现了溶菌酶。
1928年7月下旬，弗莱明将众多培养基未经清洗就摞在一起，放在试验台阳光照不到的位置，去休假了。度假归来的弗莱明，刚进实验室，其前任助手普利斯来串门，寒暄中问弗莱明最近在做什么，于是弗莱明顺手拿起顶层第一个培养基，准备给他解释时，发现一个与空气意外接触过的金黄色葡萄球菌培养皿中长出了一团青绿色霉菌。他用放大镜观察时发现霉菌周围的葡萄球菌菌落已被溶解。由此他认为霉菌的某种分泌物能抑制葡萄球菌而具有抗菌作用。进一步观察证实这种霉菌液还能够阻碍其它多种细菌的生长。弗莱明认为这是微生物颉颃现象的一个有趣的例子，他又有意识地在葡萄球菌培养物平板和其它微生物上点和划线接种了青霉菌，证实了其对葡萄球菌和许多其它细菌均有裂解作用。然后，弗莱明转向研究青霉菌培养物的无细胞提取物，发现它们确实有显著的抗细菌作用。他试着用培养物的滤液局部治疗伤口感染，并取得了一些成功。于是于1929年6月，弗莱明将霉菌培养物的滤液中所含有的抗细菌物质叫做青霉素并发表了《关于霉菌培养的杀菌作用》的研究论文。
1935年英国牛津大学病理学系主任弗洛里和旅英的德国生物化学家钱恩合作，研究青霉素的性质、分离和化学结构，1939年，解决了青霉素的纯炼问题。
1940年已经制备了纯度可满足人体肌肉注射的青霉素制品。1941年首次用于人类测试青霉素；临床试验中，虽然青霉素的用量很少，但疗效却非常惊人。时值第二次世界大战期间，青霉素的大规模生产成为燃眉之急，在英美科学家的协作攻关下，其大规模生产所存在的技术问题逐步得以解决。正是这种有神奇疗效的抗生素，使在第二次世界大战期间成千上万受死亡威胁的生命得以幸存。青霉素也就成为第一个作为治疗药物应用于临床的抗生素。弗莱明因此与钱恩和弗洛里共同获得了1945年诺贝尔生理学或医学奖。
弗莱明是一个脚踏实地的人，他不尚空谈，只知默默无言地工作。他具有敏锐观察力，善于认真思考，敢于在从事科研计划之外进行摸索。他发现青霉素并不是偶然奇遇，而是由于他严密的科学工作态度和前辈学者们多年累积的经验给予他莫大的启示。他因发现青霉素而名动一时，但他始终在各种重要场合的演讲中，将青霉素的诞生完全归功于牛津小组所作的研究。
1981年8月7日匈牙利发行了《诺贝尔生理学，医学奖获得者英国生物学家弗莱明诞生100周年》纪念邮票一枚，图案为弗莱明头像和青霉素结构式。
