Родился 14 января 1818 в семье врача и известного собирателя народной поэзии. Уже в детстве проявились его художественные способности: богатое воображение, наблюдательность, интерес к таинственному и мистическому. В возрасте одиннадцати лет он был отправлен на обучение в школу в Улеаборге (Оулу).
В 1833 году переехал в Гельсингфорс, где познакомился с Юханом Людвигом Рунебергом, стоявшим во главе финского национально-патриотического движения в 1830-х годов. Кружок Рунеберга оказал сильнейшее влияние на молодого Топелиуса, предопределив дальнейшее развитие его литературной и общественно-политической деятельности. В 1840 году Топелиус закончил Гельсингфорсский университет, в 1841 году стал главным редактором «Гельсингфорсских известий» (Helsingfors Tidningar) и занимал эту должность вплоть до 1860 году. Его публицистика отличалась либеральностью взглядов.
В 1845 году вышел первый из четырёх сборников стихов Топелиуса, «Цветы вереска». К тому же 1845 году относится начало публикации серии книг «История Финляндии в рисунках», выходивших до 1852 года.
В 1847 году он стал доктором исторических наук, спустя ещё семь лет — профессором. Однако пророссийская позиция Топелиуса в период Крымской войны оттолкнула от него наиболее радикально настроенных финнов.
С 1854 года занимал должность профессора Гельсингфорсского университета, а с 1875 года занял также должность ректора Гельсингфорсского университета. В 1878 году оставил эти должности, чтобы всецело посвятить себя литературной работе.
Был награждён Шведской академией золотой медалью за литературные заслуги в 1886 году.