Laureatosi in Diritto Canonico nel 1796, iniziò a frequentare nel 1801 il corso di fisica sperimentale presso l'Università di Torino. Nominato nel 1804 socio corrispondente dell'Accademia delle Scienze, nel 1806 ottenne l'incarico di 'ripetitore' in Fisica presso il Collegio delle Provincie. Dal 1809 fu professore di Fisica e Matematica presso il Liceo di Vercelli, ove insegnò fino al 1819. Nel 1811 formulò l'ipotesi alla quale deve oggi la sua fama universale: volumi uguali di gas, a parità di temperatura e pressione, contengono lo stesso numero di particelle. Fu titolare, dal 1820 fino ai moti del marzo 1821, della cattedra di Fisica Sublime all'Università di Torino. Ripristinata nel 1832, la cattedra venne affidata al celebre Cauchy, che la abbandonò circa un anno dopo. L'insegnamento fu così nuovamente assegnato ad Avogadro, il quale lo tenne fino al 1850. Nel corso della sua lunga carriera, propose idee originali sulla struttura dei dielettrici, sul comportamento degli acidi e degli alcali, sulle relazioni tra affinità chimica, elettricità e magnetismo, sui calori specifici dei gas, sulla capillarità. Consulente scientifico in materia di brevetti dell'Accademia delle Scienze (di cui fu membro effettivo dal 1819), analizzò numerosissime richieste di brevetto sulle questioni più disparate, dalle macchine per migliorare la filatura della seta ai torchi meccanici, dagli apparecchi aerostatici ai sottomarini ai battelli a vapore.