Johan Fredrik Eckersberg var eslet til å bli handelsmann som sin far, men ble isteden en markant skikkelse i overgangen fra romantikk til realisme i 1800-tallets norske malerkunst, både som utøvende maler og som lærer ved sin egen kunstskole i Christiania.
Den unge Eckersberg var ikke noe skolelys. Som 16-åring ble han sendt til Nederland for å lære tidens handelsspråk. Ved et besøk i Amsterdam kom han for første gang i kontakt med stor malerkunst og ble sterkt grepet. Han skaffet seg malersaker og begynte på egen hånd å kopiere de gamle mestere. 1841 kalte faren ham hjem til ansettelse i en agenturforretning i Christiania. Eckersberg fortsatte å tegne og male utenom kontortiden og kom 1843 inn på Den kgl. Tegneskole som Johannes Flintoes elev.
Sommeren 1846 fikk Eckersberg følge Hans Gude og August Cappelen på en studiereise til Gudbrandsdalen, hvor de bl.a. besøkte Mysuseter, Vågå og Bøverdalen. Studiereisen kom til å bety meget for norsk landskapsmaleri, bl.a. ble høyfjellsmotivet stadfestet som det store romantiske tema. Samme høst fikk Eckersberg statens stipendium for to år og drog til Düsseldorf, hvor han fikk den gamle stilist J. W. Schirmer som lærer på kunstakademiet. Schirmers innviklede teorier passet ikke den nøkterne Eckersberg, og etter to år forlot han akademiet og reiste hjem. Hans akademiske utdannelse ble derfor kortvarig, og det er Gudes innflytelse som er mest merkbar i Eckersbergs store produksjon, slik det bl.a. fremkommer i Brudeferd på Hardangerfjorden (to varianter, 1865 og 1866).
Fra 1848 var Eckersberg bosatt i Christiania, om sommeren ved Sandvika, bortsett fra to års opphold på Madeira og halvannet år i Düsseldorf. Han giftet seg 1850, samme år som han ble opptatt som medlem i Det Norske Kunstakademi, dvs. Tegneskolens direksjon, som fungerte som landets høyeste kunstautoritet. Han satt også i styret for Nasjonalgalleriet og Tegneskolen 1851–69 og i styret for Christiania Kunstforening fra 1864; en nødvendig støtte for ham opp gjennom årene ble kunstforeningens årlige kjøp av hans bilder til utlodning.
Eckersberg var tidlig plaget av dårlige lunger, og trengte 1852–54 opphold i det varme klimaet på Madeira. For å få litt fortjeneste malte han portretter. Senere utgav han Views in the Islands of Madeira, en serie litografiske gjengivelser, uten at dette skaffet det økonomiske utbytte han hadde håpet.
Under oppholdet i Düsseldorf 1854–56 arbeidet Eckersberg på egen hånd, og familien vendte antakelig hjem på grunn av hans dårlige helse. På tross av dårlig økonomi og sparsom oppmuntring fra et lite utviklet kunstpublikum valgte han derfor å utøve sin kunst i hjemlandet, i motsetning til mange av sine samtidige.
Etter hvert ble det en livsoppgave for ham å knytte de yngre malere til det land og folk de skulle skildre. Man trengte imidlertid en hjemlig kunstskole. Den kgl. Tegneskole strakk ikke til, og selv om Eckersberg allerede var sterkt angrepet av tuberkulose, opprettet han 1859 en malerskole i Lille Grensen i Christiania. Fra 1863 fikk skolen statsstøtte, og i sine siste 11 år ledet Eckersberg selv undervisningen og elevenes friluftsstudier. Et stort antall senere kjente malere var elever ved skolen, og Gerhard Munthe og Christian Skredsvig var blant de siste av Eckersbergs elever. Etter hans død ble skolen fortsatt av Morten Müller og Knud Bergslien.
Eckersbergs samtid var romantikkens høysommer i Norge, og tross sin nøkterne natur klarte han aldri å frigjøre seg helt fra tidens kunstsyn. Bortsett fra noen arbeider fra Düsseldorf og en rekke bilder fra Madeira malte han utelukkende norske motiver. Mens andre av samtidens malere holdt fast ved de effektfulle høyfjellsmotiver, malte Eckersberg også de åpne, storlinjete østnorske landskaper. Hans bilder skildrer alltid en bestemt egn, som oftest med stor troskap mot motivet og uten maleriske effekter. Da han 1852 sendte Nasjonalgalleriet det store maleriet Fra Valle i Setesdal, skrev han: “... i Billedet har jeg tro angivet Stedets Karakter med al den Kunstdygtighed som jeg er i Besiddelse af.”
Han var ingen stor kolorist og var for mye realist til å la seg lede av fantasien. I motsetning til düsseldorfernes romantiske billedoppfatning hadde imidlertid Eckersbergs redelige og stedbundne kunst en positiv virkning på det norske publikum i disse årene. Dette skulle også få betydning for hans elever og yngre samtidige malere under den gryende realismen.
Eckersbergs betydeligste bilder er fra 1860-årene. Han hadde funnet frem til en klar, kjølig farge, bl.a. i flere partier fra Romsdal og i Solnedgang på fjellet og Fra Jotunheimen, med storslåtte utsyn mot vidder og fjerne fjell. Om det sistnevnte skrev Sigurd Willoch: “Så mektig er rommet, så lett og kjølig er luften, så storlinjet og majestetisk er fjellet.” Som høyfjellsskildrer er Eckersberg ganske selvstendig, uavhengig av både Gude og J. C. Dahl.
Som en av kretsen rundt P. Chr. Asbjørnsen ble Eckersberg et naturlig valg som en av våre første eventyrillustratører. 1850–51 leverte han en rekke tegninger til Asbjørnsens samlinger av folke- og barneeventyr. Med sitt gjennomført nøkterne lynne egnet Eckersberg seg egentlig ikke som eventyrtegner. Tegningene hans er befolket med prinsesser i krinoline, sidrumpete husmanns-Askeladder og uhyggelige, halvnakne troll. Mer vellykket var hans bidrag i 1850-årene til Chr. Tønsberg litografiske verker Christiania med Omgivelser, Norge fremstillet i Tegninger og Norske Folkelivsbilleder. Tegningene for Tønsbergs Norske Nationaldragter var imidlertid stort sett basert på tidligere gjengivelser. Han fikk også kritikk for kunstneriske friheter med de enkelte draktdetaljer.
Eckersberg ble utnevnt til ridder av St. Olavs Orden 1870. Noen år tidligere var han i Stockholm, hvor han fikk en gullmedalje for sitt Norsk høyfjell, soloppgang, ble medlem av Konstakademien og utnevnt til ridder av Vasaorden. Han høstet også stor anerkjennelse gjennom bl.a. de nordiske utstillinger.
Johan Fredrik Eckersberg fikk aldri de samme sjanser som de norske kunstnerne i utlandet, med tryggheten i et europeisk marked. Helt til siste sykeleie trengte han hjelp til å dekke sine utgifter. Dette må ha merket ham også som kunstner. Han døde av tuberkulose i Sandvika 1870, bare 48 år gammel.