Однако он прекрасно понимал, что для этого нужно крепкое здоровье – то, чего у него не было. Но, будучи болезненным и слабым физически, Амундсен поставил целью максимально укрепить свой организм, для чего подвергал себя ежедневным тренировкам и закаливанию. Он намаревался даже стать врачом, но после двух курсов медицинского факультета университета в Христиании (ныне Осло) оставил учёбу и нанялся матросом на парусную шхуну, отправлявшуюся на промысел тюленей в Гренландское море.

 После двух лет морских странствий Амундсен, просоленный морскими ветрами, окрепший и еще более уверенный в себе, сдал экзамен на штурмана дальнего плавания. В 1897–1899 годах в качестве штурмана участвовал в бельгийской антарктической экспедиции на судне «Бельжика», после которой выдержал экзамен, на капитана дальнего плавания. 

В 1903–1906 годы Амундсен впервые в истории мореплавания прошел на собственной парусной шхуне «Йоа» с экипажем из семи человек от Гренландии до Аляски по водам Канадского Арктического архипелага. От пролива Барроу он направился на юг проливами Пил и Франклин к северной оконечности острова Кинг-Вильям.

 Обогнув остров с восточной стороны, провел две зимовки в гавани у юга-восточного берега острова Кинг-Вильям. Осенью 1904 года он обследовал на лодке самую узкую часть пролива Симпсон, а в конце лета 1905 года двинулся прямо на запад, вдоль берега материка, оставляя к северу Канадский Арктический архипелаг. После третьей зимовки Амундсен летом 1906 года прошел через Берингов пролив в Тихий океан и закончил плавание в Сан-Франциско. 

Этим он открыл Северо-западный проход из Атлантического в Тихий океан с востока на запад. Во время экспедиции провел ценные геомагнитные наблюдения и нанес на карту более 100 островов.
В 1910–1912 годах Амундсен на корабле «Фрам», принадлежавшем Ф.Нансену, возглавил экспедицию в Антарктиду с целью открытия Южного полюса.

 В составе экипажа «Фрама» был русский моряк и океанограф Александр Степанович Кучин. В январе экспедиция Амундсена высадилась на ледник Росса в Китовой бухте. Здесь был основан базовый лагерь для подготовки к походу на Южный полюс. 19 октября 1911 года возглавляемая Амундсеном группа (Оскар Вистинг, Хелмер Хансен, Сверре Хассель, Олаф Бьяланд) на четырех санях, запряженных 52 собаками, двинулась в путь и 17 декабря 1911 года достигла Южного полюса. За время работы экспедиции Антарктиде Амундсен открыл горы Королевы Мод.

 Но только 7 марта 1912 года, находясь в городе Хобарте (Тасмания), Амундсен известил мир о своей победе и благополучном возвращении экспедиции.
В 1918–1921 годах Амундсен построил на собственные деньги судно «Мод» и прошёл на нем с запада на восток вдоль северных берегов Евразии, повторив дрейф Нансена на «Фраме». С двумя зимовками прошел от Норвегии до Берингова пролива.
В 1923–1925 годах Амундсен сделал несколько попыток достичь Северного полюса. Биографы великого норвежца сохранили подробности экспедиции 1925 года. 21 мая 1925 года курс на Северный полюс взяли два гидросамолета. На одном находились Элсуорт, Дитрихсон и Омдаль, на другом – Амундсен, Рисер-Ларсен и Фойхт. На расстоянии в 1000 километров от Шпицбергена мотор самолета Амундсена стал давать перебои. 

Пришлось делать вынужденную посадку, благо поблизости оказалась большая полынья. Второй же гидроплан при посадке вышел из строя.
Ожидать во льдах подходящей для взлёта погоды пришлось больше трёх недель. Было ясно, что возвращаться придётся всем на одном самолёте. Из него выбросили все, кроме самого необходимого. Пилотское место занял Рисер-Ларсен. Остальные пятеро едва уместились в кабине. Амундсен так описывал происходившее: «Вот пущен мотор, и самолет тронулся с места. Следующие секунды были самыми захватывающими во всей моей жизни. Рисер-Ларсен сразу же дал полный газ. 

С увеличением скорости неровности льда сказывались все сильнее, и весь гидроплан так страшно накренялся из стороны в сторону, что я не раз боялся, что он перекувырнется и сломает крыло. Мы быстро приближались к концу стартовой дорожки, но удары и толчки показывали, что мы все еще не оторвались ото льда. 

С возраставшей скоростью, но по-прежнему, не отделяясь ото льда, мы приближались к небольшому скату, ведущему в полынью. Мы перенеслись через полынью, упали на плоскую льдину на другой стороне и вдруг поднялись в воздух…»
Через 8 часов 35 минут полета заело приводы рулей. Но под крылом самолета уже блестела открытая вода. Пилот уверенно посадил машину на воду и повел ее как моторную лодку. 

Это произошло вблизи северных берегов Шпицбергена. Вскоре к путешественникам подошло небольшое рыбацкое судно, и капитан согласился отбуксировать самолет в Кингсбей. От Шпицбергена участники ее вместе с самолетом плыли на пароходе. 5 июля 1925 года самолет Амундсена, встречаемый тысячами ликующих людей, совершил посадку в гавани Осло. Норвегия чествовала своих национальных героев.
В мае 1926 года Руаль Амундсен возглавил первый успешный перелет через Северный полюс на дирижабле. 

Летательный аппарат легче воздуха носил имя родной страны героя – «Норвегия». Два года спустя, когда другой дирижабль – с гордым именем «Италия» – после достижения полюса потерпел крушение, Амундсен отправился на поиски экспедиции генерала Умберто Нобиле. Он вылетел из Тромсё на французском двухмоторном гидроплане «Латам-47». Во время перелета из Норвегии на Шпицберген самолёт по неизвестной причине рухнул в воды Баренцева моря…
Именем Амундсена названы гора в восточной части Антарктиды, залив в Северном Ледовитом океане, море у берегов Южного континента и американская полярная станция Амундсен-Скотт. 

На русский язык переведены его работы «Перелет через Ледовитый океан», «На корабле "Мод”», «Экспедиция вдоль северного побережья Азии», «Южный полюс» и пятитомное собрание сочинений.
Фритьоф Нансен посвятил памяти своего коллеги и соотечественника искренние слова: «Он навеки займет особое место в истории географических исследований…

 В нем жила какая-то взрывчатая сила. На туманном небосклоне норвежского народа он взошел сияющей звездой. Сколько раз она загоралась яркими вспышками! И вдруг сразу погасла, а мы не можем отвести глаз от опустевшего места на небосводе».