Antônio Gonçalves Dias lahir di Caxias pada 10 Agustus 1823, dari seorang ayah Portugis, João Manuel Gonçalves Dias dan seorang ibu cafuza, Vicência Ferreira. Setelah menyelesaikan pembelajarannya dalam bidang bahasa Latin, bahasa Prancis dan Filsafat, pada 1838 ia datang Portugal untuk meraih gelar dalam bidang Hukum di Universitas Coimbra. Disana, ia menulis puisinya yang paling diingat, "Canção do exílio". Ia lulus pada 1845 dan kembali ke Brasil pada tahun yang sama. Ia datang ke Rio de Janeiro dan tinggal disana sampai 1854. Disana, ia mulai menulis dramaLeonor de Mendonça pada 1846 dan buku puisi pertamanya, Primeiros Cantos, pada 1847. Karya tersebut merupakan karya yang paling terkenal dan Alexandre Herculano menulis sebuah artikel yang memuji karya tersebut. Dias menyelesaikan permainan panggung buatannya Leonor de Mendonça juga pada 1847, dan berusaha untuk menampilkannya di Conservatório de Música do Rio de Janeiro, tetapi permainan latar tersebut tidak diterima.
Pada 1848, ia menulis dua buku puisi lainnya: Segundos Cantos dan Sextilhas de Frei Antão. Pada 1849, ia menjadi profesor Latin dan Sejarah di Colégio Pedro II. Pada 1851, ia menerbitkan buku puisi terakhirnya, Últimos Cantos. Pada tahun yang sama, ia berkunjung ke Utara Brasil, berencana untuk menikahi Ana Amélia Ferreira do Vale yang berusia 14 tahun, yang ia dedikasikan pada beberapa puisi cinta yang indah dan terkenalnya, seperti "Seus olhos", "Leviana", "Palinódia" dan "Retratação". Ana Amélia adalah sepupu dari Alexandre Teófilo de Carvalho Leal, yang merupakan saudara dari Antônio Henriques Leal, seorang jurnalis, penulis, pengobat, biografer dan sejarawan Brasil terkenal yang dikenal sebagai "Plutarch dari Cantanhede". (Baik Alexandre meupun Antônio merupakan teman dekat dengan Dias, dan Antônio menyunting karya-karya Dias secara anumerta pada 1875, dalam 6 volume.) Namun, ibu dari gadis tersebut tidak mengijinkan pernikahan tersebut, dengan alasan latar belakang mestizo Dias. (Peristiwa tersebut menginspirasikan puisi terkenal buatannya "Ainda uma vez – adeus!".) Kembali ke Rio, ia menikah dengan Olímpia Carolina da Costa yang kemudian memberikannya seorang putri yang lahir mati. Dias bercerai dengan Olímpia pada 1856.
Dari 1854 sampai 1858, ia datang ke Eropa pada misi-misi khusus untuk Sekretaris Urusan Luar Negeri. Pada 1856, di Leipzig, ia menerbitkan tiga buku puisinya dalam sebuah volume tunggal yang berjudul Cantos, menulis empat kanto pertama dari puisi epik Os Timbiras (yang ia belum selesaikan) dan juga menerbitkan kamus bahasa Tupí Lama. Kembali ke Brasil, ia mendirikan majalah Guanabara bersama dengan Joaquim Manuel de Macedo dan Manuel de Araújo Porto-Alegre pada 1849, dan ikut pada ekspedisi ke Sungai Negro dan Madeira, sebagai anggota Komisi Saintifik Eksplorasi. Pada 1862 ia kembali ke Rio de Janeiro, tetapi tak lama kemudian ia kembali ke Eropa. Pada Oktober 1863, ia datang ke Lisbon, dimana ia menerjemahkan The Bride of Messina karya Friedrich Schiller dan beberapa puisi karya Heinrich Heine.
Setelah singgah dalam jangka pendek di Prancis, ia memutuskan untuk kembali ke Brasil pada 1864, di kapal Ville de Boulogne. Namun, kapal tersebut tenggelam di Teluk Cumã,[1] di dekat pesisir Guimarães, Maranhão. Seluruh penumpang kecuali Dias selamat dari tragedi tersebut; ia tertidur di bawah dek kabinnya dan tidak terbangun pada waktu peristiwa tersebut terjadi, sehingga ia tenggelam.
Dias memiliki seorang keponakan yang juga merupakan seorang penyair, Teófilo Dias.
Kota Gonçalves Dias, yang didirikan pada 1958, dinamai demikian karena wilayah tersebut masuk dalam kota Caxias, tempat tinggal Dias. Sebuah sungai di Paraná mengambil nama darinya, serta beberapa lapangan publik di Maranhão.