Kolberg urodził się w rodzinie profesora geodezji Uniwersytetu Warszawskiego i córki francuskich emigrantów. Po przenosinach do Warszawy znalazł się w kręgu inteligencji artystycznej i naukowej stolicy. W jego domu bywali m.in. Mikołaj Chopin, ojciec wybitnego kompozytora, a także Samuel Linde, autor monumentalnego słownika języka polskiego. Kolberga uczył muzyki Józef Elsner, nauczyciel Fryderyka Chopina, ten zaś był przyjacielem i rówieśnikiem brata Oskara.

Po powstaniu listopadowym Kolberg studiował muzykę w Berlinie. Przełomowa stała się jego wyprawa na Mazowsze w 1839 r. Chociaż na początku traktował swoją pracę jako kompozytorską, potem uznał, że woli być etnografem. Jej celem było zapisanie ludowej muzyki w nutach. W 1857 r. wydał „Pieśni ludu polskiego”, gdzie zapisał około 500 pieśni i tańców, a opisał także zwyczaje, przysłowia, przesądy.

Mazowsze było pierwszym miejscem badań terenowych, innym regionom poświęcił cykl „Lud. Jego zwyczaje, sposób życia, mowa, podania, przysłowia, obrzędy, gusła, zabawy, pieśni, muzyka i tańce”. Jest to monumentalne dzieło złożone z 33 tomów, które ukazywało się do śmierci Kolberga dzięki Kasie Pomocy im. Mianowskiego.

W latach 60. XX w. Polska Akademia Nauk rozpoczęła kontynuację dzieła wybitnego etnografa, które zajmuje się dziś Instytut im. Kolberga. Obecnie ma na koncie 86 tomów. Kolejnym dziełem Kolberga były „Obrazy etnograficzne” w dziesięciu tomach.

Doceniony przez Akademię Umiejętności etnograf stał się jej członkiem w 1873 r. i przewodniczącym sekcji antropologicznej. Na ostatnie badania terenowe pojechał do Sanockiego i Przemyskiego w 1885 r.

Oskar Kolberg pozostawił również mniej znaną spuściznę kompozytorską w stylistyce romantycznej o charakterze narodowym – polonezy, kujawiaki, mazurki. Do najbardziej cenionych należy opera „Król pasterzy” z librettem Teofila Lenartowicza.

Kolberg zmarł 3 czerwca 1890 r. Spoczął na Cmentarzu Rakowickim w Krakowie.