Adolf Fredrik föddes på Gottorps slott som son till hertig Christian August av Huset Holstein-Gottorp och Albertina Frederika av Baden-Durlach. Efter att ha verkat som furstbiskop av Lübeck utsågs han till svensk tronföljare år 1743 efter påtryckningar från den ryska kejsarinnan Elisabet av Ryssland i samband med freden i Åbo.

År 1751 besteg han Sveriges tron efter sin företrädare Fredrik I av Huset Hessen. Hans regeringstid präglades av den så kallade frihetstiden, en period då den kungliga makten var kraftigt begränsad till förmån för Riksens ständer och de mäktiga partierna Hattarna och Mössorna.

År 1744 äktade han Lovisa Ulrika av Preussen, syster till Fredrik den store. Äktenskapet blev politiskt och kulturellt betydelsefullt, där drottningen, tillsammans med Adolf Fredrik, försökte stärka kungamakten, vilket kulminerade i den misslyckade statsvälvningen år 1756.

Trots sin begränsade politiska makt var Adolf Fredrik djupt engagerad i landets kulturella och sociala utveckling. Han omgav sig gärna med vetenskapsmän och konstnärer vid Kungliga Hovet och var en beskyddare av den tidiga upplysningen i Sverige.

Under hans tid lades grunden för flera viktiga samhällsfunktioner, däribland Serafimerlasarettet som invigdes 1752 för att förbättra hälso- och sjukvården. Han stödde även bildandet av Vetenskapsakademien och gynnade handel och industri.

Hans död den 12 februari 1771 har i eftervärlden blivit känd som den dag då kungen "åt sig till döds", efter en måltid bestående av hetvägg, kål, hummer, kaviar och champagne. Händelsen inträffade under en period av intensiv politisk strid mellan ständerna och monarkin.

Adolf Fredrik efterträddes på den svenska tronen av sin äldste son, den karismatiske och enväldsinriktade Gustav III, som kom att inleda den gustavianska epoken och göra slut på frihetstidens parlamentariska system.