Anselm Feuerbach, Enkel von Johann Anselm Feuerbach (1775-1833) und Sohn von Joseph Anselm Feuerbach (1798-1851), bekam seinen ersten Zeichenunterricht 1843 bei dem Anatomiezeichner der Universität in Freiburg, an der sein Vater ab 1836 als Professor für klassische Philologie und Archäologie tätig war.
1845 begann er sein Studium mit einem Stipendium des Großherzogs Leopold von Baden an der Kunstakademie in Düsseldorf. Anfangs im Atelier von Wilhelm von Schadow (1789-1862). 1846 wurde er schließlich in die Malklasse aufgenommen. Neben Schadow zählten auch Carl Ferdinand Sohn (1805-1867), Johann Wilhelm Schirmer (1807-1863) und Carl Friedrich Lessing (1808-1880) zu seinen Lehrern.

1848 zog er nach München und studierte dort die Fresken von Carl Rottmann (1797-1850) in den Hofgartenarkaden. Nach seiner Ankunft schrieb er sich an der dortigen Kunstakademie ein, an der er jedoch nur wenige Wochen blieb. 1849 trat er in das Atelier von Karl Rahl (1812-1865) ein, der ihn in seinem weiteren Schaffen stark beeinflussen sollte. Im Jahr darauf reiste er nach Antwerpen, wo er sich ebenfalls an der Akademie einschrieb.

1851-52 studierte und kopierte er bei einem Paris-Aufenthalt Werke der Renaissance-Künstler Paolo Veronese (1528-1588), Tizian (1488-1576), Paul Peter Rubens (1577-1640) und Rembrandt van Rijn (1606-1669). Aber auch Werke von zeitgenössischen Künstlern, wie Eugène Delacroix (1798-1863), Gustave Courbet (1819-1877) und Thomas Couture (1815-1879), beeinflussten sein Schaffen. Während dieses Aufenthaltes entstand auch seine erste eigene Komposition.

Nach seiner Rückkehr besuchte er 1853 seine Stiefmutter Henriette Heydenreich (1812-1892) in Heidelberg. Sie vermittelte ihm durch ihre Kontakte zu namhaften Gelehrten, Musikern und bildenden Künstlern mehrere Bildnisaufträge.
1854 ging er nach Karlsruhe. Dort hoffte er vergeblich auf eine Professur an der Kunstakademie, die Schirmer stattdessen bekam. Als Entschädigung erhielt er vom Großherzog Friedrich I. ein Stipendium für eine Italienreise, die er 1855 gemeinsam mit dem Dichter Victor von Scheffel (1826-1886) antrat. Mit seinen Werken versuchte er in dieser Zeit die Historienmalerei von äußerlichen Schaueffekten zu befreien, indem er dem Werk eine klassisch-lineare Form und eine ideale Gedankentiefe verlieh und das historische Geschehen durch eine ethische Bedeutung ersetzte.

Während eines Romaufenthaltes auf seiner Italienreise lernte er den Fotografen Julius Allgeyer (1829-1900) kennen, mit dem ihn eine lebenslange Freundschaft verbinden sollte. Auch eröffnete er in Rom ein eigenes Atelier und trat dem Deutschen Künstler-Verein in Rom bei. Dort lernte er Reinhold Begas (1831-1911), Ludwig Passini (1832-1903), Arnold Böcklin (1827-1901) und Carl Steinhäuser (1813-1879) kennen.
1860 macht er die Bekanntschaft mit Anna Risi, die für ihn das klassische Schönheitsideal verkörperte. Sie wurde sein Modell, seine Muse und Lebensgefährtin. Feuerbach bildete sie auf zahlreichen Portraits ab. Fünf Jahre später trennten sie sich und er erhielt er durch Lucia Brunnecci 1866 ein neues Modell.

1861 erhielt er durch Böcklin ein Angebot für eine Professur an der Kunstschule in Weimar. Feuerbach lehnte dieses jedoch ab.
Im Jahr darauf machte Paul Heyse (1830-1914) auf Bitten seiner Stiefmutter und Allgeyer den Münchener Sammler und Mäzen Adolf Friedrich von Schack (1815-1894) auf den Künstler aufmerksam. Dieser erwarb 12 Gemälde von ihm. Durch Unstimmigkeiten bei der Finanzierung und den möglichen Einflüssen des Mäzen auf die Werke beendeten sie die Geschäftsbeziehung 1868.
1866 kam der Wunsch bei Feuerbach auf seine Werke fotografisch zu verbreiten, sodass er Verhandlungen mit dem Münchener Kunstverleger Hanfstaengl über ein fotografisches Mappenwerk führte. In der gleichen Zeit beschäftigte er sich ebenfalls mit der malerischen Umsetzung des Dialogs „Symposion“ von Plato.

1869 erhielt er ein Angebot für eine Professur an der Kunstschule in Karlsruhe. Doch auch dieses Angebot lehnte er ab.1873 schließlich nahm er eine weitere Berufung an. Er wurde Professor für Historienmalerei an der Kunstakademie in Wien.
1876 war er auf der Internationalen Kunst- und Industrie-Ausstellung im Glaspalast in München vertreten und erhielt die Goldene Medaille für eines seiner Werke.

Im Jahr darauf endete seine Professur in Wien, für die 1879 Hans Makart (1840-1884) die Nachfolge antrat.
1878 gestaltete er das Wandbild im Sitzungssaal der Handelskammer in Nürnberg, für das er von König Ludwig II. von Bayern das Ritterkreuz I. Klasse vom Zivildienstorden des Heiligen Michael erhalten sollte.
Zwei Jahre nach seinem Tod wird von seiner Stiefmutter sein autobiografisches „Vermächtnis“ herausgegeben und 1906 70 seiner Werke auf der Deutschen Jahrhundert-Ausstellung in Berlin präsentiert.

Auch wenn er Zeit seines Lebens heftiger Kritik ausgesetzt war und vom Publikum oft nicht verstanden wurde, da seine Werke nicht dem aktuellen Kunststil entsprachen, bekam er nach seinem Tod große Anerkennung und galt oft als Erneuerer der idealen Malerei des 19. Jahrhunderts.