В 1839 окончил университет в Уппсале, с 1858 — профессор, заведующий кафедрой физики, в 1870—1871 — ректор Уппсальского университета. С 1843 работал также в Уппсальской обсерватории.
В 1862 обнаружил наличие водорода на Солнце. Основным трудом учёного является «Исследование солнечного спектра» (1868) — атлас, представивший измерения 1000 спектральных линий с разрешением в одну десятимилионную часть миллиметра (величину, которая впоследствии получила название «ангстрем»). Впервые исследовал спектр северного сияния. Также изучал теплопроводность и магнетизм.
В честь Ангстрема назван кратер на Луне. В 1872 был награждён медалью Румфорда. Член Лондонского королевского общества (1870), член-корреспондент Парижской АН. Отец известного геофизика Кнута Юхана Ангстрема.