พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหลวงชุมพรเขตอุดมศักดิ์ ประสูติเมื่อวันอาทิตย์ แรม 3 ค่ำ เดือนอ้าย ปีมะโรง ตรงกับวันที่ 19 ธันวาคม พ.ศ. 2423 มีพระนามเมื่อแรกประสูติว่าพระเจ้าลูกยาเธอ พระองค์เจ้าอาภากรเกียรติวงศ์ เป็นพระราชโอรสพระองค์ที่ 28 ในพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว นับเป็นพระองค์แรกที่ประสูติแต่เจ้าจอมมารดาโหมด ธิดาเจ้าพระยาสุรวงษ์ไวยวัฒน์ (วร บุนนาค) ผู้บัญชาการทหารเรือวังหลวงและเป็นน้องสาวร่วมบิดามารดาเดียวกันกับ เจ้าคุณพระประยูรวงศ์ มีพระกนิษฐาและพระอนุชาร่วมพระมารดา 2 พระองค์ คือ พระเจ้าบรมวงศ์เธอ พระองค์เจ้าอรองค์อรรคยุพา (สิ้นพระชนม์เมื่อทรงพระเยาว์) และพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหมื่นไชยาศรีสุริโยภาส (พระนามเดิม:พระองค์เจ้าสุริยงประยุรพันธ์ ต้น ราชสกุลสุริยง) พระองค์นับเป็นพระภาดา (ลูกพี่ลูกน้อง) กับพระนางเจ้าสุวัทนา พระวรราชเทวีในพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ด้วยพระมารดาของพระองค์กับพระมารดาของพระนางเจ้าสุวัทนาเป็นพี่น้องกัน

การศึกษา
ทรงเข้าเป็นนักเรียนในโรงเรียนพระตำหนักสวนกุหลาบ เมื่อมีพระชันษาได้ 13 ปี พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้เสด็จไปทรงศึกษาต่อ ณ ประเทศอังกฤษ พร้อมกับพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ซึ่งขณะนั้นทรงดำรงพระอิสริยศักดิ์เป็นสมเด็จพระเจ้าลูกยาเธอ เจ้าฟ้ามหาวชิราวุธ ในปี พ.ศ. 2436 ทรงเข้าศึกษาต่อในโรงเรียนนายเรืออังกฤษ ในปี พ.ศ. 2439 ต่อจากนั้นทรงศึกษาต่อในมหาวิทยาลัยทหารเรือ โรงเรียนปืนใหญ่ และโรงเรียนตอร์ปิโด จนได้เลื่อนยศเป็นเรือเอก รวมเวลาที่ทรงศึกษาอยู่ในราชนาวีอังกฤษ 6 ปีเศษ
รับราชการ
พระอนุสาวรีย์ พลเรือเอก พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหลวงชุมพรเขตอุดมศักดิ์ ที่วังนางเลิ้งเดิม (ปัจจุบันเป็นที่ตั้งของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลพระนคร ศูนย์พณิชยการพระนคร)
เสด็จกลับประเทศไทย ในวันที่ 23 มิถุนายน พ.ศ. 2443 จึงได้รับพระราชทานยศเป็น นายเรือโท (ปัจจุบันเทียบเท่า นาวาตรี) ทรงได้รับการเฉลิมพระอิสริยยศเป็นพระองค์เจ้าต่างกรมที่ "กรมหมื่นชุมพรเขตรอุดมศักดิ์"ดำรงตำแหน่ง รองผู้บัญชาการกรมทหารเรือ และทรงดำรงตำแหน่ง เจ้ากรมยุทธศึกษาทหารเรือ ใน พ.ศ. 2449 พระองค์ได้ทรงแก้ไขปรับปรุงระเบียบการในโรงเรียนนายเรือ ทรงเป็นครูสอนนักเรียนนายเรือ ทรงจัดเพิ่มเติมวิชาสำคัญสำหรับชาวเรือ เพื่อให้เมื่อสำเร็จการศึกษาแล้ว สามารถเดินเรือทางไกลในทะเลน้ำลึกได้ คือวิชาดาราศาสตร์ ตรีโกณมิติ พีชคณิต อุทกศาสตร์ การเดินเรือเรขาคณิต
ทรงเป็นเรี่ยวแรงสำคัญที่ทำให้พระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัว ทรงเห็นความสำคัญและโปรดเกล้าฯ พระราชทาน พระราชวังเดิม ให้เป็นที่ตั้งของโรงเรียนนายเรือ เมื่อวันที่ 20 พฤศจิกายน พ.ศ. 2449 ทำให้กิจการทหารเรือมีรากฐานมั่นคง และกองทัพเรือจึงยึดถือวันดังกล่าวของทุกปีเป็น "วันกองทัพเรือ"
พ.ศ. 2454 พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้โปรดให้พระองค์ออกจากราชการอยู่ชั่วระยะหนึ่ง ได้ทรงศึกษาวิชาแพทย์แผนโบราณ จากตำราไทย ทรงเขียนตำราสมุดข่อยด้วยฝีพระหัตถ์ของพระองค์เอง และรับรักษาโรคให้ประชาชนทั่วไปโดยไม่คิดมูลค่า ทรงคิดแต่เพียงค่าครูเท่านั้น ทรงเรียกพระองค์เองว่า "หมอพร"พ.ศ. 2460 ประเทศไทยได้เข้าร่วมสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง และกองทัพเรือยังขาดผู้มีความรู้ความสามารถ พระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัว ได้ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ ให้พระเจ้าพี่ยาเธอ กรมหมื่นชุมพรเขตร์อุดมศักดิ์ เสด็จกลับเข้ารับราชการในตำแหน่ง เจ้ากรมจเรทหารเรือ และดำรงตำแหน่ง เสนาธิการทหารเรือในปี พ.ศ. 2461
พ.ศ. 2462 ทรงได้รับแต่งตั้งให้เป็นข้าหลวงพิเศษออกไปจัดหาซื้อเรือในภาคพื้นยุโรป เรือที่จะจัดซื้อนี้ได้รับพระราชทานนามว่า "เรือรบหลวงพระร่วง" ทรงเป็นผู้บังคับการเรือ นำเรือรบหลวงพระร่วงเดินเรือข้ามทวีปจากประเทศอังกฤษ เข้ามายังกรุงเทพมหานคร ด้วยพระองค์เอง
พ.ศ. 2463 มีพระบรมราชโองการให้เลื่อนพระเจ้าพี่ยาเธอ กรมหมื่นชุมพรเขตรอุดมศักดิ์ ขึ้นเป็นกรมหลวงมีพระนามตามจารึกในพระสุพรรณบัฏว่า พระเจ้าพี่ยาเธอ กรมหลวงชุมพรเขตอุดมศักดิ์ สิงหนาม ทรงศักดินา ๑๕๐๐๐ ฯลฯ (คำ "เขตร" ในพระนามเปลี่ยนเป็น "เขต" ด้วย)ทรงเป็นนักยุทธศาสตร์ที่เล็งเห็นการไกล พระองค์ได้ทูลเกล้าฯ ขอพระราชทานที่ดินบริเวณอำเภอสัตหีบ สร้างเป็นฐานทัพเรือ เมื่อ พ.ศ. 2465 เนื่องจากทรงเห็นว่า อ่าวสัตหีบเป็นอ่าวที่มีขนาดใหญ่ น้ำลึกเหมาะแก่การฝึกซ้อมยิงตอร์ปิโด มีเกาะน้อยใหญ่รายล้อม สามารถบังคับคลื่นลมได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้เมื่อเรือภายนอกแล่นผ่านบริเวณนี้จะไม่สามารถมองเห็นฐานทัพได้เลยพ.ศ. 2466 ทรงพระกรุณาโปรดเกล้าฯ แต่งตั้งให้เสด็จในกรมฯ ทรงดำรงตำแหน่งเสนาบดีกระทรวงทหารเรือ ต่อจากจอมพลเรือ สมเด็จพระเจ้าบรมวงศ์เธอ เจ้าฟ้าบริพัตรสุขุมพันธุ์ กรมพระนครสวรรค์วรพินิต นับเป็นตำแหน่งทางราชการตำแหน่งสุดท้ายในพระชนม์ชีพของพระองค์
สิ้นพระชนม์ 
พระองค์หลังจากทรงดำรงตำแหน่งเสนาบดีกระทรวงทหารเรือได้ไม่นาน พลเรือเอก พระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหลวงชุมพรเขตอุดมศักดิ์ ได้กราบถวายบังคมลาเพื่อเสด็จออกไปรักษาพระองค์ (ลาป่วย) ณ มณฑลสุราษฎร์ เป็นเวลา 1 เดือน เนื่องจากประชวรเรื้อรังด้วยโรคประจำพระองค์มาเป็นเวลานาน โดยประทับพักรักษาพระองค์อยู่ที่ตำบลหาดทรายรี อำเภอเมืองชุมพร จังหวัดชุมพร ระหว่างนั้นทรงถูกฝนและประชวรด้วยพระโรคไข้หวัดใหญ่ พระอาการได้ทรุดลงอย่างรวดเร็ว จนกระทั่งสิ้นพระชนม์เมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม พ.ศ. 2466 เวลา 11 นาฬิกา 40 นาทีสิริพระชันษาได้ 42 ชันษา 5 เดือน มีพระราชพิธีพระราชทานเพลิงพระศพเมื่อวันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2466 ณ พระเมรุ ท้องสนามหลวง
กองทัพเรือไทยได้ถือเอาวันที่ 19 พฤษภาคมของทุกปี ซึ่งเป็นวันคล้ายวันสิ้นพระชนม์ของพระองค์ เป็น "วันอาภากร