Родился в семье пономаря Михаила Федоровича, отец которого был священник, и жены его Марфы Николаевны. При крещении дано имя Александр в честь святого благоверного князя Александра Невского. Шестой из восьмерых детей, воспитывался в строгой церковной среде: учился грамоте по часослову и псалтири, вместе с отцом пел и читал на клиросе. В 12 лет Александра отдали в Тамбовское духовное училище. По окончании его в 1830 был принят на казенный счет как первый ученик в Тамбовскую духовную семинарию и в июле 1836 успешно ее окончил. Полтора года был учителем в помещичьей семье, в 1838 г. занял место наставника Липецкого духовного училища и получил жилье в Липецке. Еще во время учебы в семинарии опасно заболел и дал обет постричься в монахи, но по выздоровлении откладывал его исполнение. По совету известного в Тамбовской епархии подвижника о. Иллариона Александр отправился в Свято–Введенскую Оптину Пустынь. 8 (20) октября 1839 он прибыл в обитель. Старец схиархимандрит Лев благословил Александра жить на монастырском гостином дворе. 2 (14) апреля 1840 последовал указ Калужской духовной консистории об определении А. М. Гренкова в число братии. В монастыре был некоторое время келейником старца Льва и чтецом. В ноябре 1840 переведен в скит под начало старца Макария. Александр стал его келейником после кончины старца Льва. 29 ноября (11 декабря) 1842 был пострижен в мантию и наречен Амвросием (во имя святителя Амвросия, епископа Медиоланского). В 1843 рукоположен в иеродиаконы, в 1845 — в иеромонахи. В декабре этого же года тяжело заболел и по-настоящему поправиться так уже никогда не смог. В 1846 по болезни вышел за штат. После кончины старца Макария (в 1860) Амвросий стал его достойным преемником. Он принимал ежедневно множество паломников, отвечал на десятки писем. Духовные дарования старца привлекали к нему тысячи людей: простого народа и интеллигенции. Его посещали Ф. М. Достоевский, В. С. Соловьев, К. Н. Леонтьев (его он тайно постриг в монахи), Л. Н. Толстой. Своим духовным детям о. Амвросий посылал письма к праздникам, а также ответы на вопросы веры и жизни. Они печатались в журнале «Душеполезное чтение», а также издавались отдельно. Некоторые письма не лишены элементов публицистики. О. Амвросию посвящена обширная мемуарная литература, в которой запечатлен его облик проницательного знатока человеческой души, ласкового и светлого наставника.
В последние годы жизни старца поблизости от Оптиной в деревне Шамордино была устроена по его благословению женская Казанская обитель. Здесь старец скончался. В июне 1988 на поместном соборе Русской Православной церкви старец Амвросий Оптинский был причислен к лику святых. Память 10 (23) октября.