Амброз Флеминг родился в Ланкастере. В 1870 Флеминг  стал студентом химического факультета Королевского Научного колледжа в Лондоне . Здесь он впервые изучил устройство батареи Алессандро Вольта, которая стала темой его первой научной работы.  

В ноябре 1904 года он изобрёл выпрямитель на двухэлектродной электронной лампе, который он назвал осцилляторный вентиль. Позднее он запатентовал своё изобретение. Изобретение носит также названия: лампа с термокатодом, вакуумный диод, кенотрон, термоионная лампа, вентиль Флеминга.

Верховный суд Соединенных Штатов позднее признал патент недействительным вследствие неприемлемых ограничений, и, кроме того, по причине того, что на момент подачи заявки предложенные технологии уже были известны. Такого рода изобретения, содержащие вакуумные лампы, рассматривались на заре электроники.

Тем не менее, диоды Флеминга использовались в радиоприёмниках и радарах в течение многих лет, и только через 50 с лишним лет они были заменены твердотельными приборами.

В 1906 году американец Ли де Форест добавил в электронную лампу управляющую «сетку» и создал радиочастотный детектор, названный аудион, но Флеминг обвинил его в копировании своих идей. Прибор де Фореста был вскоре доработан им и Эдвином Армстронгом и применён в первом электронном усилителе, а сама лампа названа триодом.

Флеминг внёс также вклад в области фотометрии, электроники, беспроводной связи (радио), и электрических измерений. 

Его вклад в развитие электронных коммуникаций и радары имел жизненно важное значение для победы во Второй мировой войне. Флеминг был удостоен Медали почета IRE в 1933 году за «заметную роль, которую он сыграл в деле внедрения физических и инженерных принципов в радиотехнике».