Carl Ludvig Emil Aarestrup blev født den 4. december 1800 i København, som søn af toldkontrollør Jørgen Fog Aarestrup og Sophie Charlotte Aagaard. Hans forældre blev separeret, da Emil var 5 år, og kun et par år herefter døde begge forældre med få måneders mellemrum. Den forældreløse Emil Aarestrup blev herefter sat i pleje hos den 57-årige ugifte kvinde Marie Møller i Pilestræde, men han havde samtidig en god kontakt til morfaderen og lillebroderen i Store Kongensgade, hvor morfaderen drev en te- og kolonialbutik.
Emil Aarestrup blev student i 1819 og begyndte herefter at studere medicin ved Københavns Universitet. Han begyndte tidligt at skrive digte, og i løbet af sin studietid tog Aarestrup sig også tid til at følge forelæsninger om æstetiske emner hos blandt andre forfatteren Adam Oehlenschläger, som var professor i æstetik. I det meste af sin studietid var Aarestrup logerende hos adjunkt Christian Spengler. Det blev senere fastslået, at Aarestrup var far til den datter, Cornelia, som den ti år ældre logiværtinde Louise Spengler fik i 1822, et halvt år efter sin ægtemands død.
I 1824 blev Emil Aarestrup forlovet med sin kun 15-årige kusine Caroline Aagaard, og i 1827 blev de to gift med kongebrev. 1827 var også året, hvor Aarestrup blev færdiguddannet læge med en afsluttede eksamen med udmærkelse. Hans borgerlige erhverv - lægegerningen - afspejler sig også i hans digte. Man møder i hans digte blandt andet en detaljeret gengivelse af sanseindtryk herunder en fascination af kroppens enkelte dissekerede dele. Man ser for eksempel sjældent en hyldest til den kvindelig krops skønhed i sin helhed i hans lyrik.
Aarestrup fik embede i Nysted i efteråret 1827. De følgende år var han en travl praktiserende læge og familiefar til de mange børn, som myldrede frem. Emil Aarestrup og hans hustru fik i løbet af deres ægteskab hele 12 børn sammen. På trods af travlheden var det dog også i disse år, at Aarestrup skrev noget af sin bedste og mest blivende lyrik. Han udarbejdede desuden sine egne frie oversættelser af digte af forfattere som Johann Wolfgang von Goethe, Heinrich Heine og Lord Byron. Det var forfatteren og Aarestrups private ven, Christian Winther, som overtalte ham til at samle et udvalg af sine digte og aflevere dem til forlagsredaktøren C. A. Reitzel.
I slutningen af år 1838 udkom lyriksamlingen “Digte”, som dog langt fra blev en succes i Aarestrups levetid. Digtsamlingen var måske for sanselig og erotisk til samtidens moral. En af tidens førende litteraturkritikere var forfatteren Johan Ludvig Heiberg, der som redaktør af bl.a. litteraturtidskriftet “Kjøbenhavns flyvende Post” havde stor indflydelse på datidens litterære diskussion og kritik, og han bidrog langt fra i en promovering af bogen. Heiberg skulle eftersigende blandt andet have givet digtsamlingen følgende ord med på vejen: “En vis Liderlighed er den eneste Gestalt i disse Poesier”. Digtsamlingen solgte kun 40 eksemplarer. Herefter opgav Aarestrup at udgive mere, men efter hans død blev flere af hans efterladte digte udgivet, og han blev anerkendt som en af de vigtigste digtere inden for den strømning i romantikken, der betegnes romantismen.
I 1838 flyttede Emil Aarestrup med sin familie til Sakskøbing, hvor han havde fået en større lægepraksis. Familien blev boende her indtil 1849, hvor Aarestrup endelig, som han havde ønsket det, blev udnævnt til stiftsfysikus, det vil sige embedslæge, i Odense. Emil Aarestrup døde i sommeren 1856 og ligger begravet på Assistens Kirkegaard i Odense.
Aarestrup har fået sit eget mindemuseum i sit gamle hus i Nysted.
Fra 1950-2003 uddelte Dansk Forfatterforening Emil Aarestrup Medaillen til en dansk lyriker, som anerkendelse for en enkelt digtsamling eller for den pågældendes digtning som helhed.