født i Helsinki, finsk-svensk polarforsker, geograf og geolog, far til E. H. Nordenskiöld. Måtte forlate Finland etter uforsiktige politiske ytringer og bosatte seg i Stockholm. Professor og bestyrer av Riksmuseets mineralogiske avdeling 1858. Nordenskiöld tok del i Torells Spitsbergen-ferder 1858 og 1861, ledet ekspedisjoner til Spitsbergen 1864 og 1868, da han med skipet Sophia nådde 81° 42ʹ n.br. (18° ø.l.), den høyeste bredde som inntil da var nådd av skip. Under overvintringsferder til Spitsbergen 1872–73 iverksatte han omfattende meteorologiske og magnetiske observasjoner på stasjonen. I 1875 nådde han, med den norske fangstskuten Prøven, munningen av Jenisej, året etter med dampskipet Ymer. Etter disse innledende utforskninger planla og gjennomførte han 1878–79 som den første, ferden gjennom Nordostpassasjen med dampskipet Vega. 1883 utforsket han Grønlands innlandsis.
Nordenskiöld utfoldet en banebrytende virksomhet for kartografiens historie ved to verker, Facsimile atlas (1889), gjengivelse med tekst av de viktigste kart før år 1600, og Periplus (1897), som behandlet eldre kartografi og særlig middelalderens håndskrevne sjøkart. Dessuten skildret han sine reiser og la frem deres vitenskapelige resultater i Utkast til Isfjordens og Belsounds geologi (1874–75), Vegas färd kring Asien och Europa (1880–81), Vega-expeditionens vetenskapliga iakttagelser (5 bd., 1882–87), Studier och forskningar, ett populärt vetenskapligt bihang til Vegas färd (1884). Nordenskiöld var medlem av Riksdagen i flere perioder; etter ferden gjennom Nordostpassasjen ble han opphøyet til friherre, og 1893 ble han medlem av Svenska Akademien.