Алекса́ндр О́сипович Дюгаме́ль родился 26 января 1801 года в Митаве, в семье Лифляндского вице-губернатора, тайного советника Осипа Осиповича Дюгамеля, происходил из дворян Лифляндской губернии.

Получил блестящее домашнее образование, в 1820 году выдержал экзамен на чин при Пажеском корпусе.

Начал службу 27 января 1820 года прапорщиком свиты Его Величества по квартирмейстерской части и назначен состоять при канцелярии генерал-квартирмейстера Главного штаба. В 1820-1823 годах принимал участие в тригонометрической съёмке Петербургской губернии.

22 апреля 1823 года произведён в подпоручики; 12 декабря переведён в Гвардейский Генеральный штаб, в котором получил назначение в Военно-топографическое депо. В 1825-1826 годах состоял при полковнике Ф. Ф. Берге во время его экспедиции к Каспийскому и Аральскому морям; летом 1826 года вернулся, и в Москве представил императору отчёт об экспедиции. 23 августа 1826 года был произведён в поручики и командирован в Константинополь, где находился до октября следующего года, занимая должность 2-го секретаря при военном отделении русской миссии; 29 июля 1827 года получил орден св. Владимира 4-й степени и 22 августа — чин штабс-капитана.

Во время русско-турецкой войны 1828-1829 гг. Дюгамель был определён в Императорскую главную квартиру; после переправы через Дунай войск 3-го пехотного корпуса состоял в авангарде генерал-лейтенанта Ф. В. Ридигера и участвовал в боях под Констанцей и Шумлой; в июне 1828 года за отличие при Кюстенджи получил бант к ордену св. Владимира 4-й степени; в октябре 1828 года направлен во 2-й пехотный корпус под Силистрию и за отличие при осаде этой крепости был награждён орденом св. Анны 3-й степени с мечами и бантом. В кампанию 1829 года Дюгамель получил назначение в 6-й пехотный корпус генерала от инфантерии Л. О. Рота, 5 мая участвовал в сражении при селении Эски-Арнаутлар, был ранен в плечо и взят в плен, содержался в Шумле до 3 июля. После освобождения прибыл в Главную квартиру армии в Ямболь и уже 8 августа участвовал в занятии Адрианополя; 4 сентября отправлен в Кавказскую армию графа И. Ф. Паскевича под Эрзерум с известием о заключении мира. 14 октября 1829 года за отличие был произведён в капитаны.

Затем в 1831 году Дюгамель участвовал в походах против поляков, отличился и здесь, особенно в сражениях при Калушине, Вавре и Грохове; за что был награждён 22 марта 1831 года золотой шпагой с надписью «За храбрость». После этого Дюгамель был в составе отряда генерала от кавалерии К. А. Крейца, а затем при генерал-лейтенанте Н. Н. Муравьёве до присоединения последнего к главным силам в Пултуске. После взятия Варшавы, за отличие в котором Дюгамель 15 октября получил орден св. Анны 2-й степени и был произведён 25 декабря 1831 года в полковники; он был командирован в Санкт-Петербург и продолжал службу в Главном штабе, откуда был назначен состоять при Н. Н. Муравьёве (Карсском), отправленном в Турцию для исполнений секретных поручений. По прибытии в Константинополь, Муравьёв отправил Дюгамеля в Конию для проведения переговоров с египетским командующим Ибрагимом-пашой. По возвращении в турецкую столицу в апреле 1833 года, Дюгамель занимался составлением описания укреплений Дарданелл, а 13 мая был назначен состоять при главнокомандующем русским экспедиционным корпусом графе А. Ф. Орлове, посланному на помощь турецкому султану против восставшего египетского паши Мухаммеда-Али. После урегулирования турецких неурядиц Дюгамель был назначен 8 августа в Каир генеральным консулом; 12 августа получил орден св. Владимира 3-й степени; 23 октября 1836 года был удостоен ордена св. Станислава 2-й степени со звездой; 6 декабря 1836 года произведён в генерал-майоры; и, наконец, 3 августа 1837 года отозван в Россию.

Дипломатические способности Дюгамеля выдвинули его, и потому 30 апреля следующего года он был назначен полномочным министром при тегеранском дворе, где сменил графа Симонича. В 1841 году Дюгамель оставил пост министра в Персии, был зачислен в списки Генерального штаба и назначен непременным членом совета Военной академии. Через год ему были даны особые дипломатические поручения в княжества Молдавию и Валахию, исполненные им с большим успехом. 1 декабря 1843 года Дюгамель был назначен членом комитета, учреждённого для начертания общего плана водяных и сухопутных сообщений в Империи;по завершении работ в комитете в 1845 году Дюгамель подал прошение об отставке «по крайне расстроенным обстоятельствам», но император, «имея ввиду дать ему высшее назначение», высказал пожелание, чтобы он не оставлял службы. 25 декабря 1847 года Дюгамель был назначен в свиту Его Величества и в апреле следующего года был направлен в Молдавию и Валахию для предотвращения революционных выступлений. 3 апреля 1849 года произведён в генерал-лейтенанты. Вскоре после этого он получил орден св. Владимира 2-й степени (17 января 1850 года), а затем и Белого Орла (24 апреля 1851 года) за отличное исполнение особых поручений во второй раз в княжествах Молдавии и Валахии.

15 декабря 1851 года Дюгамель был сенатором и присутствовал в межевом департаменте правительствующего сената. Затем в последующие годы Дюгамель был назначаем присутствующим, а с 1856 года — первоприсутствующим последовательно в различных департаментах сената (как то — 1-й департамент, 3-й департамент, Департамент герольдии). В том же 1856 году, 26 августа, Дюгамель получил орден св. Александра Невского, а через четыре года, 30 августа 1960 года — алмазные знаки к этому ордену. С октября 1859 года по июль 1860 года Дюгамель ревизовал Олонецкую губернию.

13 января 1861 года ушёл в отставку командир отдельного Сибирского корпуса и генерал-губернатор Западной Сибири Г. Х. Гасфорд, и Дюгамелю "всемилостивейше повелено занять освободившийся пост, с оставлением в звании сенатора". В том же году, 30 августа, Дюгамель был произведён в генералы от инфантерии, а 4 апреля 1865 года награждён орденом св. Владимира 1-й степени с мечами и назначен командующим войсками Западно-Сибирского военного округа с оставлением генерал-губернатором Западной Сибири и сенатором. 28 октября 1866 года, согласно прошению, Дюгамель был уволен от помянутых должностей, но оставлен в звании сенатора и назначен членом Государственного совета.

В 1870 году, по случаю 50-летия службы в офицерских чинах, Дюгамель удостоился Высочайшего рескрипта и зачислен опять в Генеральный штаб.

Среди прочих наград Дюгамель имел ордена Virtuti Militari 4-й степени (1832 год, за Польскую кампанию 1831 года), св. Георгия 4-й степени (3 декабря 1839 года, за беспорочную выслугу 25 лет в офицерских чинах, № 5915 по списку Григоровича — Степанова), св. Станислава 1-й степени (15 апреля 1841 года), св. Анны 1-й степени (24 февраля 1842 года).

Умер 28 мая 1880 года в селе Носковцы Винницкого уезда Подольской губернии, похоронен там же на кладбище при Молчанском костеле.

Дюгамель был женат на дочери командира Лейб-гвардии Преображенского полка М. С. Козловского Юлии Михайловне; детей у них не было, но в семье воспитывалась троюродная племянница Юлия Степановна Гаршина, рано потерявшая родителей. Она впоследствии вышла замуж за адъютанта Дюгамеля капитана Миссори-Торриани.

В «Русском архиве» за 1885 год, кн. I—III, напечатаны обширные и ценные «Записки» А. О. Дюгамеля (выпущены М. Н. Катковым отдельным изданием в Москве в том же году). Также встречаются упоминания на следующие публикации Дюгамеля: «Сравнительный обзор государственных доходов во Франции, в Австрии, в Пруссии и в России» (1844) и «История кредита и государственного долга в России» (1845), однако точных библиографических данных на эти публикации найти не удалось. Кроме указанных работ, Дюгамелем были написаны следующие значительные труды (остались неопубликованными): «История войны против Польских мятежников в 1831 году» и «Критический очерк операций русской-армии в Польше в 1831 году».