天保7年(1836年)、江戸幕府の御家人の家に生まれた。長崎海軍伝習所で航海術を学び、オランダに留学して近代海軍技術を習得した。戊辰戦争(1868年)では幕府海軍副総裁として旧幕府軍の脱走艦隊を率い、蝦夷地(北海道)に渡って五稜郭を拠点とした。1869年に蝦夷共和国(松前藩・旧幕府軍)の総裁に選出されたが、新政府軍に降伏した(箱館戦争)。降伏後は投獄されたが、明治政府に海軍技術者として才能を認められ釈放された。その後は海軍卿・逓信大臣・農商務大臣など要職を歴任し、ロシアとの樺太・千島交換条約(1875年)締結にも貢献した。明治の技術・外交に貢献した転向の象徴として知られる。1908年に没した。享年72歳。