水戸家の公子たちは水戸で育てられる習慣があったので、昭武は生後半年で水戸の国元へ送られて養育されましたが、国元が天狗党の乱など幕末の騒乱で騒がしくなったために、文久3年（1863年）、10歳のときに江戸屋敷へ。

そして同じ年に、京都で病に伏した5歳年上の兄の松平昭訓の看護の名目で上洛し、昭訓が亡くなったのでそのまま長兄の慶篤の補佐として在京に。
上京区下長者町烏丸西入るにあった水戸藩邸に滞在し、禁門の変の後は東大谷長楽寺、本圀寺に滞在（滞京中の水戸藩士は「本圀寺勢」と称される）。
昭武はわずか10歳でしたが、滞京中の活動は多忙を極めていて、禁門の変や天狗党の乱に際しては一軍の将として出陣するなど、幼年ながらも幕末の動乱に参加。
写真を見ても裃や衣冠束帯に着られているような10歳の坊やが大将として陣頭指揮できるはずがなく、家老級の補佐がついていたのは明らかでしょう。

前回のロンドン万博には日本は正式に参加したわけではなかったので、パリ万博は、日本が初めて正式に参加した国際博覧会となりました。ところが、江戸幕府、薩摩藩、佐賀藩がそれぞれ別に出展。幕府からは昭武、薩摩藩からは家老の岩下方平らが派遣されたということ。
薩摩藩は「日本薩摩琉球国太守政府」の名で幕府とは別の展示をして、コーディネーターを任していたモンブラン伯爵の提案で独自の勲章（薩摩琉球国勲章）まで作成。幕府は薩摩藩に抗議したが聞き入れられず、幕府も葵の紋をモチーフに独自の勲章制作を開始したが、結局幕府は倒れて幻にという事件も。
このほか、江戸浅草の商人が数寄屋造りの茶屋で、3人の柳橋芸者が独楽を回して遊んだり、煙管をふかしたりするだけの光景が、物珍しさからか人気になったということです。

この時期、権威が落ちて博覧会どころではなかったはずの江戸幕府がなんでパリ万博参加をしたかという理由は、様々あるようです。建前は参加すべき時期に来ていたというのですが、本音はフランスと親密な関係をいっそう強めて軍事援助を受けたかったにつきるでしょう。また、フランス滞在中だった柴田日向守からの情報で、すでに薩摩の新納刑部や五代友厚らがパリに来ていて、薩摩が万博に参加するらしいということで、国禁を犯してパリに渡って日本代表を気取る薩摩に対し、幕府の権威を見せつけたいというのも。

しかし新聞メディアがすでに発達していたパリでは、幕府と薩摩の別々の展示を見て「日本国は、政府が複数ある連邦国家」という認識をされてしまい、幕府の権威の低下と国内の混乱はヨーロッパでもあらわとなってしまいました。

昭武は、パリでは、皇帝ナポレオン3世（ナポレオン1世の甥）に謁見して、パリ万国博覧会を訪問しました。

万博終了後には引き続いて江戸幕府代表として、スイス、オランダ、ベルギー、イタリア、イギリス各国を歴訪。オランダでは国王ウィレム3世に、ベルギーでは国王レオポルド2世に、イタリアでは国王ヴィットーリオ・エマヌエーレ2世、そしてイギリスのヴィクトリア女王に謁見を。さすが将軍代理、実の弟だけありますが、イギリスの新聞は、「プリンス・トクガワ」と昭武を次期将軍のように大きく報道したそうです。

昭武のご一行の仲には、後に日本資本主義の父と言われた渋沢栄一や高松凌雲、後のジャーナリストの草分けである栗本鋤雲（じょううん）らが含まれていたので、彼らもフランスで大いに色々なことを学び、明治日本の近代化に貢献したことは間違いありません。

慶応4年（1868年）1月、慶喜が大政奉還を行った知らせが入って使節団の立場は微妙に。3月には、鳥羽伏見の戦いの報がフランスの新聞に掲載され、随行していた栗本安芸守らは帰国し、昭武をはじめとする7名は残留。すぐに新政府から帰国要請が届くも、4月の段階では兄慶喜からは、滞在を続けて勉学せよという手紙が。しかし5月15日（7月4日）になると、新政府から正式の帰国命令書が届き、ついに帰国することに。滞在最後に、昭武らは10日をかけて、フランス各地、ノルマンディーのカーンやシェルブールを回って、ロワール川河口のナントまで旅行しました。

昭武ら一行は、慶応4年（1868年）9月4日（10月18日）にマルセイユを出航して約2か月の船旅で11月3日（12月6日）に神奈川に帰着。
長兄で水戸藩主慶篤が死去したので、昭武はヨーロッパから帰国した翌年の明治2年（1869年）天狗党の乱以来もめていた水戸の政情安定のために次期藩主に就任、すぐに版籍奉還で水戸藩知事に。そして北海道の土地割渡しを出願して、明治2年（1869年）8月17日に北海道天塩国のうち苫前郡、天塩郡、上川郡、中川郡と、北見国のうち利尻郡の合計5郡の支配を命じられました。
明治4年（1871年）7月14日には廃藩置県で藩知事お役御免となり、東京府向島の旧水戸藩下屋敷の小梅邸で寓居。

明治7年（1875年）には陸軍少尉に任官して、初期の陸軍戸山学校で教官として軍事教養を教授、明治8年（1875年）には、中院通富の娘の栄姫（瑛子）と結婚。

昭武はたしかにフランス留学帰りで新知識を持っていたでしょうが、出来たばかりの陸軍学校とはいえ、まだ22歳の教官でしたので、勉強不足を痛感したのかもしれません。その後は明治9年（1876年）にフィラデルフィア万国博覧会の御用掛を命じられて訪米、その後、兄弟の土屋挙直、松平喜徳とともにフランスに向かい、再び留学して勉強し直しています。明治13年（1881年）に留学先のエコール・モンジュを退学して、同じくフランスに留学中だった長兄慶篤の長男篤敬とドイツ、オーストリア、スイス、イタリア、ベルギーなどの欧州旅行の後、ロンドンへ半年滞在して翌年6月帰国。

明治16年（1883年）1月に長女昭子が誕生するも、翌月産後の肥立ちが悪く妻の瑛子が死去。これが打撃になったのか、昭武は5月に隠居願を提出、31歳で甥の篤敬に水戸本家の家督を譲りました。
この時代は先取の知識を得るためにどんどん留学生を外国へ送り出して勉強させ、帰国してその知識を伝えるということがされていたのですが、若い殿様であった昭武はせっかくフランスで勉強したのに、この範疇に入らなかったのかとちょっと残念。
その後は、明治25年（1892年）次男の武定が子爵となり、松戸徳川家を創設。明治31年（1898年）甥で水戸家当主の篤敬が44歳で死去したので、昭武は、水戸徳川家当主となった11歳の圀順の後見に。 尚、昭武は晩年、華族のご隠居の名誉職のような麝香間祗候として明治天皇の相談役として、兄の慶喜らと共に皇居に出仕していました。

明治43年（1910年）7月3日、小梅邸にて死去、享年58歳。

会津藩主松平容保は自身の養子に当初、昭武を望んでいたのですが、この頃はまだ子供がなかった兄慶喜が昭武を自分の後継者にと強引に清水家を継がせたということ。容保は代わって昭武のすぐ下の弟の喜徳を養子にしたということ。
しかし後に容保には実子の容大が生まれたために養子縁組が解消、喜徳は水戸家分家の守山松平家を継承。

徳川斉昭は早世も含めて21男14女の子沢山でしたが、写真が現存するのは慶喜、昭武、慶徳、池田茂政だけで、慶喜と昭武は写真撮影や狩猟など共通の趣味があり、交流も盛んで、昭武や慶喜の写した貴重な写真が多く残されています。

昭武は狩猟で何度も訪れた松戸に、戸定邸（とじょうてい）を建設。
この邸宅は、眼下に江戸川、遠くに富士を望む小高い岡の上に建てられていて、明治期の旧大名家の和風邸宅として数少ない貴重なもの。
戸定邸は、徳川慶喜を初めとする徳川一門の人々、皇太子時代の大正天皇ら多くの皇族、華族たちの交流の場としても使われたのですが、昭和26年に昭武の息子武定が松戸市に寄贈し、現在は庭なども復元されて一般公開されていて、庭は国の名勝に、建物は重要文化財となっています。

昭武は夫人がお産で亡くなった後に隠居したので後室をもらわず側室を置きました。そして夫人の残した嫡室の長女の他に、3男3女が誕生。
そのうちの次女政子が長門長府藩の第14代で最後の藩主毛利元敏の長男元雄と結婚して生まれた久子が、津軽義孝と結婚して生まれたのが、常陸宮華子妃殿下。
昭武は華子妃の母方の曾祖父になりますが、華子妃は父が尾張徳川家の出身（昭和天皇の侍従長だった徳川義寛が伯父、昭和天皇皇后の女官長北白川祥子が叔母）なので、尾張家出身で会津藩主の松平容保の孫である故秩父宮妃と、徳川慶喜孫の高松宮妃ともご親戚。昭和の頃の皇室はこういう感じで親戚関係が絡み合い、血族姻戚関係が濃いものだったのですね。