Родился в семье бедного сельского пастора, начал карьеру торговца, благодаря способностям полиглота в 1846 году стал представителем нидерландской торговой фирмы в Санкт-Петербурге. Приняв в 1847 году российское подданство, до 1864 года преимущественно жил в России, составив большое состояние, в том числе в результате калифорнийской золотой лихорадки и Крымской войны. Совершив в 1864—1865 годах кругосветное путешествие, решился радикально переменить свою жизнь. С 1866 года стал студентом Парижского университета, посещая занятия в течение двух семестров, и заинтересовался проблемой существования Трои и историчности гомеровского эпоса. В 1868 году принял решение дальнейшую жизнь связать с Грецией. В 1869 году стал гражданином США, где развёлся со своей русской женой; в том же году женился на гречанке Софии Энгастромену и поселился в Афинах. В 1871—1873, 1878—1879, 1882, 1889 и 1890 годах проводил раскопки в Трое (в 1873 году обнаружил «Клад Приама»), в 1876 году открыл царские гробницы в Микенах, в 1880 и 1886 годах раскапывал Орхомен, в 1884 году — Тиринф (совместно с В. Дёрпфельдом). Попытки организовать раскопки на черноморском побережье Кавказа и на Крите не увенчались успехом. Его находки вызывали при жизни многочисленные споры, поскольку Шлиман не сразу стал уделять внимание академической карьере и репутации в учёном мире, а сознательная мифологизация биографии и склонность к саморекламе приводила к тому, что действительные заслуги Шлимана были оценены только после его смерти.