Мирза Фатали Ахундов родился 30 июня 1812 года в Шеки в семье крупного ахунда. В 1814 году его семья переезжает в деревню Хамне вблизи Табриза, Иран. Когда Фатали исполнилось семь лет мать развелась с мужем и вместе с Мирзой Фатали вернулась в город Шеки к дяде. Гаджи Алескер, ставший для него «вторым отцом», учил мальчика Корану, арабскому и персидскому языкам, а также средневековым восточным наукам. Отправившись в святую Мекку Гаджи Алескер оставил Мирзу Фатали в Гяндже у учёного Моллы Гусейна, который стал преподавать будущему писателю арабскую логику и другие науки. Среди преподавателей медресе, где в 1832 году учился Ахундов, был азербайджанский поэт Мирза Шафи Вазех, который познакомил будущего писателя с западной светской мыслью. Воспевавший своими стихами винопитие Мирза Шафи Вазех негативно относился к необходимости трезвости в исламе и считал мусульман чернью. Не увидев у молодого Ахундова зрелого разума, должной убеждённости в вере и наличия искренности Мирза Шафи Вазех отговорил его делать религиозную карьеру. Впоследствии Мирза Фатали Ахундов вспоминал Мирзу Шафи:
По возвращении Гаджи Алескера Ахундов в 1833 году поступает в казённое училище, а через год переезжает в Тифлис, где поступает на государственную службу в канцелярию Главноуправляющего гражданской, а впоследствии и военной частью Кавказа в качестве переводчика восточных языков, где он прослужил до конца жизни.
Будучи фанатичным атеистом безудержно критиковал все религии, в особенности догмы ислама, устои мусульманской веры (чем также заслуживал награды Российской империи). Ахундов считал, что все религии "абсурд и вымесел", которые являются главным препятствием в развитии и распространения просвещения, науки и культуры. Ахундов отвергал идею о Боге как первопричине мира, источнике бытия Вселенной, придерживаясь той точки зрения, что бытие Вселенной "...в своём происхождении не нуждается в каком-либо другом бытии и есть единое, целое, могущественное, совершенное, всеобъемлющее существо, источник множества бесчисленных разнообразных частиц вселенной относительно их субстанций...". В 1875 году он писал, что одной из причин, тормозящей процесс родного ему народа, является паломничество в Мекку, куда "ежегодно шляется миллион из Кавказского края без всякой пользы...". В своём философском труде «Три письма индийского принца Кемал-уд-Довле к персидскому принцу Джелал-уд-Довле и ответ на них сего последнего» Мирза Фатали выступал с антиисламских позиций, называя учение Мухаммеда «системой надувательства простолюдинов», а Аллаха «кровопийцей и террористом», «безнравственным и жестоким эгоистом» и т. д. Он писал: "Теперь нужна одна наука, которая ведет к цивилизации, а религия, основанная на суеверии, — пустой призрак".
Излишне прямолинейно и субъективно критиковал, оскорблял своего верующего сына Рашида и жену Тубу-ханум, которая однажды бросила вызов его атеизму. Из-за враждебности М.Ахундова к исламу и мусульманам чинились препятствия к его погребению на мусульманском кладбище в Тифлисе.
Ахундов являлся одним из предшественников иранского национализма. Как отмечает Свентоховский, Ахундов
В 1873 году на основе латинского и русского алфавитов Мирза Фатали Ахундов составил алфавит, полностью заменявший силлабический арабский и приспособленный к звуковым особенностям азербайджанского языка.
1 ноября 1834 года Главноуправляющим в Грузии генерал-адъютантом бароном Розеном «как хорошо обученный языкам: арабскому, персидскому, турецкому и татарскому, назначен временно для занятий по Гражданской канцелярии Его Величества в помощь к штатным переводчикам».
В 1837 году состоял при Главноуправляющем Грузией генерал-адъютанте бароне Розене в Абхазской экспедиции. Участвовал в высадке десанта на мыс Адлер.
В марте 1840 года по предписанию Тифлисского военного губернатора командирован в Гурию в качестве переводчика при Генерального штаба капитане Немировиче-Данченко для определения совместно с турецким комиссаром демаркационной границы со стороны Турции. 15 декабря 1840 года Мирза Фатали Ахундов был утверждён штатным письменным переводчиком восточных языков Учреждения для управления Закавказским краем.
2 февраля 1842 года Главноуправляющим Закавказским краем генералом от инфантерии Головиным был командирован с капитаном I ранга Путятиным в Астрабадский залив для прекращения набегов туркменских племен на персидские провинции Астрабад и Мазендеран. За «отлично-усердную службу» 2 октября 1842 года произведен в прапорщики.
1 марта 1846 года переведен письменным переводчиком в Канцелярию наместника кавказского. 30 июня 1846 года «за отлично-усердную службу» произведен в подпоручики. 26 июля 1846 года разрешено принять и носить пожалованный персидским шахом орден Льва и Солнца 3-й степени с алмазными украшениями.
По воле Наместника кавказского светлейшего князя М. С. Воронцова с 4 ноября 1848 года по 7 марта 1849 года был командирован в Персию для сопровождения генерал-лейтенанта Шиллинга, отправленного «с кабинетным письмом Государя Императора к Его Величеству Насреддин-шаху по случаю вступления его на престол».
10 марта 1850 года «Всемилостивейше награждён чином поручика». 19 августа 1852 года произведен в штабс-капитаны. 30 декабря 1854 года произведен в капитаны.
12 июля 1856 года по представлению командира Отдельного Кавказского корпуса генерал-адъютанта Муравьева за отлично-усердную службу, а также «за отличие в делах против неприятеля в продолжение кампании минувшего 1855 г. в Азиатской Турции, Всемилостивейше пожалован орденом Святого Станислава 3-й степени».
16 сентября 1857 года на основании манифеста от 26 августа 1856 года получил учреждённую в память войны 1853—1856 гг. светло-бронзовую медаль на Георгиевской ленте.
С 5 ноября 1857 года по 5 октября 1858 года по приказу наместника кавказского был прикомандирован к действительному статскому советнику Коцебу, члену Совета Главного Управления Закавказского края на период проведения ревизии губернских и уездных учреждений Эриванской губернии.
В связи с преобразованием Канцелярии наместника кавказского, 31 декабря 1858 года был назначен письменным переводчиком в Главное управление наместника кавказского.
«За отлично-усердную службу» 10 января 1859 года удостоен ордена Святой Анны 3-й степени. По представлению и.д. наместника кавказского 31 декабря 1861 года произведён в следующий чин майора милиции. С апреля 1864 года член Кавказской археографической комиссии.
Высочайшим приказом от 18 июля 1864 года разрешено принять и носить «пожалованный Е. В. султаном» орден Меджидие 4-й степени.
Высочайшим приказом по военному ведомству от 15 октября 1864 года назначен состоять при Кавказской армии с оставлением в занимаемой должности письменного переводчика Главного управления наместника кавказского.
По представлению наместника кавказского Великого князя Михаила Николаевича 12 января 1866 года удостоен ордена Святого Станислава 2-й степени. 26 ноября «за труды по Археографической комиссии» всемилостивейше пожалован бриллиантовым перстнем.
В связи с преобразованием Главного управления и Совета наместника кавказского 1 января 1868 года назначен переводчиком по Департаменту Главного управления. 27 апреля разрешено принять и носить пожалованный шахом персидским орден Льва и Солнца 2-й степени со звездой. 25 декабря по ходатайству наместника кавказского Великого князя Михаила Николаевича «Государь Император Всемилостивейше соизволил пожаловать чин подполковника милиции».
Высочайшим приказом по военному ведомству 5 апреля 1869 года назначен был состоять при Кавказской армии с оставлением в должности переводчика Департамента Главного управления наместника кавказского и по милиции.
Высочайшим приказом по иррегулярным войскам от 23 января 1873 года произведен «за отличие по службе» в полковники милиции с оставлением при Кавказской армии и в должности переводчика Департамента Главного управления наместника кавказского.
По случаю упразднения должности переводчика Департамента Главного Управления 1 февраля 1875 года приказом наместника кавказского был причислен к Главному управлению наместника с сохранением содержания по означенной должности.
1 января 1876 года был назначен переводчиком VII класса Канцелярии начальника Главного управления наместника кавказского.
Скончался в 1878 году. Похоронен на территории Ботанического сада в Тбилиси.
В 1830-х годах началась его литературная деятельность, направленная против отсталости, за просвещение, свободу и прогресс. В 1830-1840-е годы Ахундовым были написаны на основе традиции классической и ашугской поэзии на персидском и азербайджанском языках ряд стихотворений — «Жалоба на время», «Поэма на смерть Пушкина» и гошмы. Первое значительное произведение — элегическая поэма «На смерть Пушкина» (1837), которая была переведена на русский язык, а затем опубликована в XI книге журнала «Московский наблюдатель».
Литературный талант Мирза Фатали Ахундова с особенной силой проявился в драматургии. В период с 1850 по 1857 годы он создаёт 6 комедий и одну повесть, в которых нашла реалистическое отражение жизнь Азербайджана первый половины XIX века — быт и нравы феодально-патриархального общества с его необузданным деспотизмом, инерцией, догматизмом:
Мирза Фатали Ахундов стал основоположником литературной критики в азербайджанской литературе. Он отстаивал принципы реализма и народности, а также выступал против натурализма и формалистического украшательства в искусстве.
В Тифлисе Мирза Фатали Ахундов знакомится с такими азербайджанскими писателями как Аббаскули-ага Бакиханов, Исмаил-бек Куткашенский, Касум-бек Закир, а также с родоначальником новой армянской литературы Хачатуром Абовяном, и с видными грузинскими писателями и поэтами Георгием Эристави, Григолом Орбелиани, Александром Чавчавадзе, писателями-декабристами Бестужевым-Марлинским, Одоевским и другими.
Именем Мирзы Фатали Ахундова названы:
В 2011 году были начаты съёмки фильма «Посол зари», посвящённого Мирза Фатали Ахундову, где главную роль, роль самого Ахундова играет Народный артист Азербайджана Расим Балаев.
Памятник М. Ф. Ахундову в Баку. Скульптор П. Сабсай.
Барельеф Ахундова на стене его дома-музея, Тбилиси.
Почтовая марка СССР,
1962 год.