少年时代
1836年10月5日(天保7年8月25日)生于江户下谷御徒町柳川横町(现在东京都台东区浅草桥附近)，是通称三味线堀之组屋敷的西丸御徒目付榎本武规的次子。其父榎本武规本名箱田圆兵卫良助，后当了榎本家的上门女婿，遂改姓榎本。圆兵卫是个下级武士，对测量、天文、历法有研究，故很受第11代幕府将军德川家齐的器重。榎本武扬是其父与续弦之间的次子，他至少在三个方面深受其父影响。其一，是强烈的“幕臣意识”。因其少年时代其父的工作岗位就在将军家附近，所以他自幼了解自家和将军家关系特殊;其二，立志搞技术工程。对数理化等自然科学和技术工程极有兴趣。这是因其父搞天文、测量、地方志、洋书翻译等，他继承了“遗传因子”;第三，是对虾夷(北海道)的特殊关心。因其父的老师伊能忠敬曾对该地进行过测量。1854年圆兵卫曾叫榎本武扬跟随幕府最早的外交官堀织部正视察过虾夷并从那里去过萨哈林岛(库页岛)。可能从那时榎本武扬便对这个偏远的地方发生了兴趣，立下了组建幕府海军保卫北疆的志向。
求学时代
榎本武扬幼年时入田边石庵门下学习儒学，1851年(嘉永4年)入昌平坂学问所学习。1853年(嘉永6年)毕业，毕业时的成绩是最低的丙级。1854年(安政元年)作为箱馆奉行堀利煕的随从赴虾夷地箱馆(现在的北海道函馆市)，随其巡视虾夷地和桦太。1855年(安政2年)再入昌平坂学问所(翌年7月退学)，同年成为长崎海军传习所的听讲生，1857年(安政4年)榎本武扬作为第2期生进了长崎海军传习所。在海军传习所，他向米尔德沃特(荷兰军医、长崎医学传习所(长崎大学医学部的前身)创办人)和卡腾代克(后任荷兰海军大臣和外交大臣)学习机构学、化学等。卡腾代克对海军传习所时代的榎本武扬评价很高。翌1858年(安政5年)从海军传习所毕业，任江户的筑地军舰操练所教授。与此同时，他还在中滨万次郎的私塾学习英语，与后来在箱馆战争时并肩作战的大鸟圭介相遇。
1861年12月(文久元年11月)幕府向美国订购3艘蒸汽军舰，本内定榎本武扬作为海军留学生赴美，但因美国当时南北战争方酣，无暇顾及而拒绝，1862年4月(文久2年3月)改向荷兰订购一艘蒸汽军舰(开阳丸)，遂派榎本武扬与内田正雄、泽太郎左卫门、赤松则良、田口俊平、津田真道、西周等人赴荷兰留学。1862年7月14日(文久2年6月18日)，留学生一行乘坐咸临丸号从品川冲出发，途中，榎本、泽、赤松和内田因感染麻疹在下田疗养，1862年9月16日(文久2年8月23日)抵达长崎。1862年11月2日(文久2年9月11日)，幕府第一次派遣留学生(榎本武扬、赤松则良、西周等共)乘坐荷兰船“卡尔瑞普苏”号从长崎港启航，驶向巴达维亚。在爪哇岛北部遭遇暴风雨，船因触礁漂流至无人岛，被救援后在巴达维亚换乘特尔纳特号游轮。在途经大西洋圣赫勒拿岛时登岛参观了拿破仑故居。文久3年4月18日(1863年6月4日)抵达荷兰鹿特丹，并得到昔日传习所教授、时任荷兰海军大臣卡腾代克的热情帮助。榎本武扬在海牙下宿，留学期间，他广泛学习万国海律、外语、船舶运用术、炮术、蒸汽机学、化学、采矿学、国际法等诸领域知识。
1864年4月?5月(元治元年2月?3月)，榎本武扬和赤松则良作为观战武官参加观摩普丹战争。先后观摩了普鲁士-奥地利联军和丹麦军队的战线，之后参观了设在埃森的克虏伯公司总部，会见了阿尔弗雷德·克虏伯。此外，法国接受了幕府提出的建造和购买军舰的提案，内田赴巴黎与法国海军交涉，赤松和榎本则赴英国旅行，参观了造船厂、机械制造厂和矿山。
1866年8月26日(庆应2年7月17日)， “开阳丸”号军舰竣工，同年12月1日(庆应2年10月25日)，榎本武扬等留学生随舰从荷兰弗利辛恩港出航，经巴西里约热内卢安汶岛，1867年4月30日(庆应3年3月26日)返回日本横滨港。1867年6月12日(庆应3年5月10日)，应幕府征召，榎本武扬被任命为100表15人扶持、军舰役·开阳丸乘组头取(舰长)，“开阳”号军舰为木制帆船型巡防舰，采用三桅帆和410马力蒸汽动力推进，排水量2590吨，装备火炮35门，其中包括当时世界上最先进的26门克虏伯大炮，是幕府海军的新式主力舰。1867年8月7日(庆应3年7月8日)任军舰头并，特许着布衣(狩衣的一种)。1867年10月16日 (庆应3年9月19日)任军舰头、和泉守。
戊辰战争
榎本武扬在留学期间，日本局势已经天翻地覆，幕府政权到了生死关头。榎本武扬还没来得及了解个中原委，就被命开赴大阪去支援幕府陆军。1867年末率领幕府舰队移动到大阪湾，并参加了在京都的军事会议。1868年1月26日(庆应4年1月2日)，幕府舰队攻击了从大阪湾驶向鹿儿岛的萨摩藩平运丸号。萨摩藩向榎本武扬提出抗议，榎本武扬主张自萨摩藩邸烧讨事件以来，萨摩藩处于战争状态，封锁港口是没有问题的。更在1868年1月28日(庆应4年1月4日)追击从兵库港出港的萨摩藩军舰春日丸号，取得阿波冲海战的胜利。这是日本史上第一次蒸汽动力军舰之间的海战。
然而在陆地上，宣称要亲自领兵出阵的第15代幕府将军德川庆喜，在次日的鸟羽伏见之战中大败，居然临阵逃出大阪城，乘上“开阳丸”号。此时舰长榎本武扬上陆去了，而德川庆喜却命令丢下舰长火速起锚开往江户。副舰长被命代理舰长只得将军舰开往江户。榎本武扬和军舰奉行无奈之下在大阪善后，把大阪城内残存的武器、府库中的18万两白银装上“富士丸”号，并搭载着新选组和幕府军的伤兵开往品川。1868年2月16日(庆应4年1月23日)，榎本武扬任幕府海军副总裁(相当于海军副总司令)。
此时，朝廷讨伐德川庆喜的大军已向江户进发，江户城内分成主战、主和两派。榎本武扬主张彻底抗战，但德川庆喜倾向于主和，故主和的陆军总裁胜海舟掌握了主导权，和西乡隆盛谈判使得维新军兵不血刃接收了江户，史称“江户无血开城”。海军总裁矢田堀景藏(矢田堀鸿)遵从庆喜的旨意，但强硬的榎本派掌握着舰队指挥权。
庆应4年4月11日，新政府军依据江户开城的投降条件之一，提出移交幕府舰队的要求，遭到榎本武扬的拒绝。榎本趁矢田堀上岸与新政府军交涉时，搭载人见胜太郎和伊庭八郎率领的游击队(幕府的部队)，借口天气恶劣，带领8艘军舰驶离品川前往安房国馆山，后在胜海舟苦苦哀求下，4月17日才在品川冲海域交出4艘(富士山丸?朝阳丸?翔鹤丸?観光丸)移交给新政府军，但保留了“开阳丸”等主力战舰。榎本表示出抵抗到底的姿态，在庆应4年闰4月23日的会谈中，胜海舟反对榎本把舰队拉倒箱馆。5月24日，朝廷作出了德川宗家减封至骏河·远江70万石的处分决定，榎本武扬看到减封完成，其属下军舰在游击队和请西藩藩主林忠崇的协助下，炮击馆山藩的阵屋。小田原方面从馆山向真鹤运动，将轮王寺宫(北白川宫能久亲王)和败军运送到东北地方的旧幕府势力一方。7月，榎本武扬与奥羽越列藩同盟的密使(仙台藩?横尾东作、会津藩?雑贺孙六郎、米泽藩?佐藤市之允)会晤，7月21日，同盟参谋板仓胜静和小笠原长行向榎本武扬寄出了要求支援的书状。8月，榎本秘密准备舰队脱走。8月4日，胜海舟劝告榎本武扬谨慎从事，切勿轻举妄动。8月15日，德川家达移至骏府城完成移封，榎本武扬遂于8月18日率领抵抗派的旧幕臣及开阳丸、回天丸、蟠龙丸、千代田形、神速丸、美贺保丸、咸临丸、长鲸丸8艘军舰组成的幕府舰队脱离江户，支援奥羽越列藩同盟。在这支舰队中，有原若年寄永井尚志、陆军奉行并松平太郎、新选组、彰义队和游击队的残部和法国军事顾问团成员儒勒·布吕奈、安德烈·卡泽纳夫等，共计2000余人。在脱离江户时，榎本武扬委托胜海舟发布他的檄文《德川家臣大举文告》。
就这样，榎本武扬带领德川幕臣及其余军舰向北退去。而这一路又是维新军追剿又是触礁，十分不顺。舰队在房总海域遭遇暴风雨袭击被冲散，咸临丸和美贺保丸两艘军舰脱离舰队，舰队在8月下旬好不容易到了仙台，同年9月2日，榎本武扬在仙台城谒见了伊达庆邦(仙台藩藩主·奥羽越列藩同盟盟主)，当时会津城已被维新军攻陷，奥羽越列藩同盟崩溃，9月12日，仙台藩决定投降。榎本武扬、土方岁三登城，与仙台藩执政大条孙三郎和远藤文七郎会面，结果未能使仙台回心转意。失去希望的旧幕臣们聚集在这里，旧幕府舰队收容了原幕府借给仙台藩的太江丸、凤凰丸号军舰、桑名藩藩主松平定敬、大鸟圭介、土方岁三等旧幕臣的传习队、冲锋队、从仙台藩脱藩的额兵队，总计约3000多人。10月9日，舰队从仙台启航开赴石卷。此时榎本武扬给新政府军平潟口总督四条隆謌发出《叹愿书》，称：“此去虾夷是为了拥戴一位德川家人当主君开拓虾夷、兴产业、守北方国土，以维持旧幕臣之生活，并无反叛天皇之意。”之后，旧幕府舰队在气仙沼俘获了幕府原先借给仙台藩但被海贼劫掠的千秋丸号，在宫古湾接受补给后，向虾夷地进发。
虾夷共和国
明治元年(1868年)10月20日，榎本武扬舰队在箱馆(今北海道函馆)以北的内浦湾鹫ノ木(今北海道森町)登陆，兵分两路进击箱馆，沿途击破各地新政府军，10月26日占领五稜郭，11月1日，榎本武扬进入五棱郭。之后由于松前藩的攻击，主力舰开阳丸号在投入江差町攻略时因触礁沉没。同年12月15日发布《虾夷平定宣言》，“虾夷共和国”问世，通过民选(士官以上者选举)，榎本武扬当选为“总裁”(国家元首)。当时诸外国列强虽宣布中立，在事实上承认榎本武扬的独立政权，但他们仍被新政府视为叛贼。新政府军在东北战争中击败奥羽越列藩同盟后继续北上，明治政府从西方购入新式铁甲舰，实力大增，旧幕府军的海上优势被打破，经过宫古湾海战、箱馆湾海战，摧毁了共和国的全部军舰。明治2年(1869年)5月黑田清隆从水陆两面很快就包围了五稜郭要塞(五棱郭之战)，向大势已去的榎本武扬发出和谈建议，榎本武扬高低不从，却将在荷兰留学时研究的《海律全书》和一封信送到黑田清隆手中。最后，他考虑到不能叫剩下的约1000人做无谓的牺牲，才决定开城投降。至此，戊辰战争落下帷幕。
重生凤凰
戊辰战争后，榎本武扬、松平太郎、大鸟圭介、荒井郁之助、永井尚志、松冈磐吉、相马主计七人被投入东京辰之口的陆军省军务局纠问所的监狱。政府内围绕如何处置榎本武扬发生对立，木户孝允等长州阀坚决主张处死榎本武扬，他本人也准备就死。但黑田清隆高度评价榎本武扬的知识才能，认为“失去有为的人才是国家的损失”，力主从宽免死，并扬言：“要杀他先杀我!”。在狱中，榎本武扬收到西洋书籍等慰劳品，读书勤勉并执笔著述，还向牢内的年轻人教授汉学和洋学。另外，为帮助兄长维持家计，在家书中详细传授了孵化器、肥皂、蜡烛的制造方法。
福泽谕吉积极开展营救活动，榎本的母亲与福泽的妻子是远亲，两人因同在幕府共事而结识，榎本的妹婿是福泽的前上司、旧幕府外国奉行江连尧则把榎本的情况全盘拜托担任纠问所挂的福泽。福泽谕吉通过寺岛宗则面见黑田清隆，提出赦免要求。在黑田清隆、福泽谕吉等人极力奔走斡旋下，1872年(明治5年)1月6日，榎本武扬等人被明治政府特赦。出狱后的榎本武扬在亲戚家谨慎(软禁)，3月6日完全恢复人身自由。1872年(明治5年)3月8日被任命为开拓使四等出仕，跟随开拓使次官黑田清隆巡视勘察了北海道的矿产和资源情况。1873年(明治6年)1月17日升任开拓使中判官。同年1月至3月在东京的开拓使仮学校(札幌农学校，今北海道大学的前身)与黑田清隆、贺瑞斯·开普隆(美国陆军准将、农学家，受聘为开拓使顾问)制定了北海道地质调查方针。同年夏，榎本武扬再赴北海道，考察熊石(今八云町)的石炭山，在石狩山地发现了空知炭田，分析结果显示此地蕴含优质炭层，但开普隆对榎本的调查结果不予认可，并攻击他是“未熟之辈”，透出了西方人典型的傲慢、自大和偏见。榎本武扬主持制定了《北海道土地买卖规则》，进行土地资源开发和管理。
出使俄罗斯
1874年(明治7年)1月14日任海军中将，同年1月18日兼任驻俄罗斯帝国特命全权公使。当时，担负与俄罗斯帝国交涉库页岛(原属中国，俄称萨哈林岛、日称桦太)国境划分，应对沙皇亚历山大二世仲裁玛利亚·路斯号事件的原定驻俄特命全权公使泽宣嘉还未及赴任就于1873年10月病死，1874年(明治7年)1月10日的阁议决定由榎本武扬取代。同年3月10日，榎本武扬从横滨港出发，途经巴黎、荷兰、柏林，于同年6月抵达圣彼得堡履任。6月18日谒见沙皇亚历山大二世，20日参观了喀琅施塔得军港。在领土交涉问题上，以聘用日本使馆附属医生的名义招揽交际广阔者为顾问刺探俄罗斯内部情报，最后与俄罗斯外交部亚洲局局长谈判，1875年(明治8年)5月7日，榎本武扬与沙俄外交大臣亚力山大·米哈伊洛维奇·戈尔恰科夫缔结《桦太千岛交换条约》，以放弃萨哈林岛换取千岛群岛主权。同年6月13日，“玛利亚·路斯号事件”在亚历山大二世的裁定下判定日本胜诉。之后，同年8月至9月，榎本武扬在西欧游历考察，他在德国参观了克虏伯的工厂和矿山，继而了访问巴黎和伦敦。
横穿西伯利亚
1878年(明治11年)7月26日，榎本武扬从圣彼得堡出发踏上归国之路，他以克服当时日本广为流传的“恐俄病”，了解实地情况为目的横穿西伯利亚，乘坐火车从莫斯科经下诺夫哥罗德的铁路后，相继换乘轮船和马车，9月29日抵达海参崴，沿途进行了详细考察。在海参崴换乘黑田清隆安排了蒸汽轮船“函馆丸”号，10月4日抵达小樽，10月21日返回东京。在此期间，他和山内堤云撰写了小樽的手宫洞窟的古代文字调查报告。
归国之后
1879年(明治12年)2月12日任条约改正取调御用挂，同年9月10日兼补外务省二等出仕(仍兼特命全权公使)，同年11月6日兼任外务大辅(仍兼任特命全权公使)。同年11月18日兼任议定官。1880年(明治13年)2月28日任海军卿(海军大臣的前身)，主持制定了作为海上法规的日本海令草案。后因介入海军人事招致把持海军的萨摩阀的反弹，1881年(明治14年)4月7日被免去海军卿，同年转入预备役。
当时，政府启动明治宫殿(东京皇宫)的建设计划，榎本以驻俄公使期间曾考察俄罗斯宫廷的经验被委任。1881年(明治14年)5月7日授宫内省御用挂、皇居营造御用挂。1882年(明治15年)5月27日任皇居营造事务副总裁。从这时起，他与皇室的关系比其他高官更要深厚。1882年(明治15年)8月12日任驻大清帝国特命全权公使，携同妻子前往北京赴任。1883年(明治16年)末在大沽与清朝直隶总督兼北洋大臣李鸿章会晤，交情深厚。1884年(明治17年)朝鲜甲申政变发生后，协助日方全权代表伊藤博文与李鸿章进行几轮会谈，促成《中日天津条约》的缔结。1885年(明治18年)10月11日被免去驻清公使，归朝。
内阁大臣
1885年(明治18年)12月22日——1888年(明治21年)4月30日任第一次伊藤博文内阁递信大臣。1887年(明治20年)5月24日以特旨被列入华族，依功勋特授子爵爵位。1888年(明治21年)4月30日——1889年(明治22年)3月22日任黑田清隆内阁递信大臣，1888年(明治21年)4月30日——1888年(明治21年)7月25日临时兼任黑田内阁农商务大臣，1888年(明治21年)——1908年(明治41年)任日本电气学会首任会长。
1889年(明治22年)2月11日任大日本帝国宪法发布式仪典挂长，同日，文部大臣森有礼被暗杀，榎本武扬成为继任者，由农商务省移任文部省。1889年(明治22年)3月22日——1889年(明治22年)12月24日任黑田内阁文部大臣。1889年(明治22年)12月24日——1890年(明治23年)5月17日任第一次山县有朋内阁文部大臣。当时，明治天皇希望策定道德教育之基准(教育敕语)的命令，在大臣亲任式上，尽管天皇特别给予殷切希望，但榎本文部相未能积极致力于这项工作。因此，在1890年(明治23年)2月的地方官会议上迫于知事们的压力，5月17日被免去文部大臣一职。1890年(明治23年)5月17日——1891年(明治24年)5月29日任枢密顾问官。1890年(明治23年)4月1日-7月31日任第三届国内劝业博览会副总裁。
早在1885年，榎本武扬和伊庭想太郎发起创立为旧幕臣子弟提供奖学金的徳川育英会，后以育英会为母体，1891年(明治24年)3月6日在东京饭田桥设立“育英学”，榎本武扬就任管理长，永持明德任校长。育英学分农业科(今东京农业大学)、商业科、普通科三类专业。之后由于甲武铁路的敷设延伸至饭田桥，农业科于翌年1892年10月23日迁址小石川区大冢洼町(现在的文京区大冢三丁目)，改称育英分学农业科，校长伊庭想太郎，1893年更名为私立东京农学校，榎本任校主，伊庭任校长。1894年脱离德川育英会独立。由于每年的入学率不超过50人，生源不集中状况使榎本武扬一度决定废校，但农学校评议员横井时敬坚决反对，主张继续运营。榎本武扬把这一问题搁置，1897年(明治30年)，农学校管理权被移交大日本农会。
1891年(明治24年)5月11日“大津事件”发生，榎本武扬于5月15日被任命为赴俄罗斯谢罪使有栖川宫威仁亲王的随行官员，17日俄罗斯驻日公使表明了无需派遣谢罪使的必要遂中止。但外务大臣青木周藏引责辞任。1891年(明治24年)5月29日，榎本武扬被任命为第一次松方正义内阁外务大臣，榎本的小舅子林董任外务省次官。榎本武扬继续致力于条约改正的交涉谈判，1892年(明治25年)4月12日成立条约改正案调查委员会，同年借葡萄牙削减经费废止总领事的契机撤废葡萄牙在日领事裁判权。此外，榎本武扬从很早就开始关注海外移民，致力于革新和推进海外殖民政策。1892年(明治25年)8月8日随着第1次松方内阁总辞职，辞去外务大臣。1892年(明治25年)8月8日——1894年(明治27年)1月22日再任枢密顾问官。1893年(明治26年)3月11日设立殖民协会并任会长。1893年(明治26年)11月11日补任议定官。 1894年(明治27年)1月22日任第二次伊藤博文内阁农商务大臣。当时，日本的钢铁需求大部分依赖进口，政府新制定了制铁所(八幡制铁所)建设计划，振兴本国冶金工业。制铁所在1893年的阁议决定民营，但榎本武扬就任农商务大臣后，力主实行国营，推翻了原先的阁议决定。1896年(明治29年)，第九届帝国议会通过了设立制铁所预算案，3月29日公布制铁所官制，4月1日设立官营制铁所，归农商务省管辖，榎本武扬引入其心腹山内堤云就任制铁所初代长官。1897年(明治30年)6月21日，在榎本武扬的支持下，荒井郁之助设立了浦贺船渠。从明治30年始建直到平成15年(2003年)工厂关闭，浦贺船渠一直是日本重要的海军造船工业。因足尾矿毒事件，1895年(明治28年)，栃木县知事佐藤畅、群马县知事中村元雄等人联名上书，要求政府关闭足尾铜山，被榎本武扬搁置。1896年9月的大洪水导致矿毒的公害污染扩大和恶化，1897年2月，众议院议员田中正造在国会提出质询，政府漠视质询并阻挠破坏田中议员揭露政府与奸商勾结损害人民利益的集会演说，群情激奋。第十届议会闭会后不久，1897年(明治30年)3月29日，榎本武扬因无力处理矿毒问题，以罹患脑症不堪繁重公务为由引咎辞职，离任后被赐以“前官礼遇”成为重臣。
晚年
1898年(明治31年)，榎本武扬在富山县发现陨石，将其制成日本刀“流星刀”，献给嘉仁皇太子(大正天皇)，并发表了流星刀的制造技术的论文《流星刀记事》。同年任工业化学会(日本化学会)初代会长。1900年(明治33年)8月23日，他的盟友、日本元老黑田清隆逝世，榎本武扬担任葬仪委员长。
1905年(明治38年)10月19日，榎本武扬以海军中将退役，此后他就在家当了寓公，优哉游哉地饮酒赋诗种养花草，1908年(明治41年)7月病倒，10月26日因肾脏病逝世，享年73岁。同月30日举行海军葬。墓所在东京都文京区吉祥寺。
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