生于苏格兰布兰泰尔，卒于今赞比亚境内的班韦乌卢湖畔奇坦博村。家境贫寒，10岁当童工，靠半工半读学习。1836年，在格拉斯哥大学攻读希腊文、医学和神学。1840年，获医学学位。1841年，到贝专纳（今博茨瓦纳）任传教士，一面传教，一面从事地理考察。19世纪40年代后期，遍游贝专纳北部。1849年，到达恩加米湖。1851年，到达赞比西河。他对恩加米湖的发现曾受到英国皇家地理学会的奖励。

从1852年开始，为了传教和开辟内陆的贸易通道，利文斯敦对非洲中南部进行了3次长途考察。第一次为1852～1856年，在巴洛茨酋长塞克勒士的帮助下到达西海岸的罗安达，后东行到达东海岸的克里马内，成为历史上有记载的第一个横越非洲大陆的欧洲人。在考察中，他发现了赞比亚河上的大瀑布，并以英国女王的名字命名为维多利亚瀑布。他的考察证实南部非洲实际是水土肥沃林木茂盛的地方。1858年，在英政府资助下第二次去非洲，并以英国领事身份指挥对东非、中非的考察。先后考察了赞比西河、希雷河和鲁伍马河流域及马拉维湖和尼亚萨湖地区，但未能找到通向内陆的水道。第三次考察从1866年开始，目的之一是勘察中非分水岭和尼罗河的源头。他勘察了大湖地区，并考察刚果河河源。1868年，发现坦噶尼喀湖。但在试图搞清坦噶尼喀湖水的流向时染病。1871年3月，抱病到达卢阿拉巴河注入刚果河处的尼扬圭。1872年，再次向南探察尼罗河源。1873年因病重去世。

利文斯敦对非洲中南部的自然条件和社会情况所作的调查，为学术界提供了许多有用的资料。同时，对目睹的贩卖奴隶的罪恶活动进行了有力的揭露，他的考察资料激起外部世界对非洲的兴趣，但也被殖民主义者利用，作为进一步侵略非洲的线索。

著作有《南非考察和传教旅行》（1857）、《赞比西河及其支流探险记》（1865）。