Né à Solingen, en Allemagne, il émigre à deux ans aux États-Unis avec sa famille en 1832. Il grandit à New Bedford dans le Massachusetts, puis se lance dans des études artistiques à 22 ans, à l'Académie des beaux-arts de Düsseldorf, en Allemagne, puis dans d'autres ateliers en Europe.

Il découvre l'Ouest américain lors de voyages. Entre 1850 et 1860, il effectue des expéditions dans la région des Rocheuses, des montagnes Sierra Nevada et autour du Yosemite. Dans ses peintures, il capture la beauté naturelle du pays avec un sens du détail. Ses œuvres mettent en scène des paysages avec une lumière dramatique et une perspective épique, donnant aux spectateurs une sensation d'immensité.

Son célèbre tableau "Among the Sierra Nevada, California" (1868), illustre sa capacité à capturer la nature sauvage, avec des cieux dramatiques et des montagnes imposantes.

Au long de sa carrière, Bierstadt joue un rôle dans la promotion de l'idée de l'Ouest comme une terre sauvage, vierge et magnifique, en écho aux idéaux expansionnistes de l'époque.

Il connut un grand succès pendant sa vie. Bien que son œuvre soit parfois perçue par les critiques modernes comme trop romantique, il est aujourd'hui considéré comme l'un des plus grands peintres de paysage de l'histoire américaine.

Il meurt en 1902 à New York, laissant un héritage artistique important. Ses œuvres sont exposées dans des musées prestigieux comme le Metropolitan Museum of Art et le Smithsonian American Art Museum.