Hoàng Hoa Thám hồi còn bé tên là Trương Văn Nghĩa, quê ở làng Dị Chế, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên; sau di cư lên Sơn Tây (Hà Tây), rồi đến Yên Thế (Bắc Giang). Cha ông là Trương Văn Thận mẹ là Lương Thị Minh. Sinh thời, bố mẹ Hoàng Hoa Thám đều là những người rất trọng nghĩa khí; Ông Trương Văn Thận, cầm đầu một cuộc khởi nghĩa nông dân, nghĩa quân có lúc lên tới 3000 người. Cuộc khởi nghĩa kéo dài 7 năm thì ông Thận bị bắt vì có kẻ phản bội. Trên đường bị giải về Hà Nội, ông đã tự sát.
Từ đó gia đình và dòng họ bị truy lùng. Con cháu tản mát khắp nơi và đổi thành họ Đoàn. Ông Trương Văn Thân (em ruột ông Thận) đưa hai con của ông Thận là Trương Văn Nghĩa và Trương Thị Cấp lên xã Ngọc Châu, huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang sinh sống. Ở đây chú cháu ông Thân cũng đổi thành họ Đoàn. Khi lớn lên, Trương Văn Nghĩa lại đổi tên họ một lần nữa thành Hoàng Hoa Thám để tham gia khởi nghĩa chống Pháp.

Năm 16 tuổi, ông tham gia khởi nghĩa của Đại Trận (1870-1875). Khi Pháp chiếm Bắc Ninh (tháng 3 năm 1884) thì Hoàng Hoa Thám gia nhập nghĩa binh của Trần Quang Loan, lãnh binh Bắc Ninh. Năm 1885, ông tham gia khởi nghĩa của Cai Kinh (Hoàng Đình Kinh) ở Lạng Giang (1882-1888). Sau khi Cai Kinh chết, ông đứng dưới cờ nghĩa Lương Văn Nắm (tức Đề Nắm) và trở thành một tướng lĩnh có tài. Tháng 4 năm 1892, Đề Nắm bị thủ hạ Đề Sặt sát hại và Hoàng Hoa Thám trở thành thủ lĩnh tối cao của phong trào Yên Thế. Đề Thám tiếp tục hoạt động, lập căn cứ ở Yên Thế và trở thành thủ lĩnh danh tiếng nhất của phong trào nông dân chống Pháp với biệt danh "Hùm xám Yên Thế". Trong gần 30 năm lãnh đạo đã tổ chức đánh nhiều trận, tiêu biểu là các trận ở thung lũng Hố Chuối (tháng 12 năm 1890) và Đồng Hom (tháng 2 năm 1892).

Trong ba năm (1893-1895) quân Pháp đã tập trung lực lượng để đàn áp cuộc khởi nghĩa Yên Thế, Pháp không từ một thủ đoạn nào, từ phủ dụ đến bao vây tàn sát. Tay sai của Pháp là Lê Hoan cầm đầu đoàn quân, một mặt dụ hàng, mặt khác ra sức triệt hạ các xóm làng nơi nghĩa quân Yên Thế hoạt động.

Hoàng Hoa Thám bằng chiến thuật du kích tài tình đã tránh được mũi nhọn của quân Pháp và đã gây cho họ những tổn thất nặng nề. Nghĩa quân Yên Thế đã trừng trị những kẻ phản bội như Đề Sặt... Thấy chưa thể dập tắt được phong trào Yên Thế, nên vào năm 1894, Pháp đã yêu cầu giảng hòa, cắt nhượng cho nghĩa quân bốn tổng thuộc Yên Thế. Hoàng Hoa Thám cũng muốn tranh thủ thời gian để chuẩn bị thêm lực lượng, ông đồng ý hòa hoãn. Nhưng chỉ vài tháng sau (đến tháng 10 năm 1895), Pháp đã bội ước, huy động lực lượng mở những cuộc tấn công trên quy mô lớn vào Yên Thế. Pháp treo giải thưởng 30.000 franc cho kẻ nào bắt được Hoàng Hoa Thám. Lần ra quân này của quân Pháp cũng không đàn áp được phong trào nông dân Yên Thế, nên Pháp phải yêu cầu giảng hòa lần thứ hai vào năm 1897.

Trong hơn 10 năm hòa hoãn (từ tháng 12 năm 1897 đến ngày 29 tháng 1 năm 1909), nghĩa quân Yên Thế đã có những bước phát triển mới: địa bàn hoạt động được mở rộng từ trung du đến đồng bằng, kể cả vùng Hà Nội. Hoàng Hoa Thám tổ chức ra "đảng Nghĩa Hưng" và "Trung Chân ứng nghĩa đạo" làm nòng cốt. Đặc biệt, Hoàng Hoa Thám đã chỉ đạo cuộc khởi nghĩa ngày 27 tháng 6 năm 1908 của binh lính yêu nước ở Hà Nội (gọi là vụ Hà thành đầu độc). Sự kiện này làm chấn động khắp cả nước. Ngoài ra, Hoàng Hoa Thám xúc tiến việc xây dựng Phồn Xương thành căn cứ kháng chiến, đồng thời bí mật liên hệ với lực lượng yêu nước ở bên ngoài. Nhiều sĩ phu như Phan Bội Châu, Phan Chu Trinh, Phạm Văn Ngôn, Lê Văn Huân, Nguyễn Đình Kiên... đã gặp gỡ Hoàng Hoa Thám và bàn kế hoạch phối hợp hành động, mở rộng hoạt động xuống đồng bằng.

Ngày 29 tháng 1 năm 1909, Thống sứ Bắc kỳ đã huy động 15.000 quân chính quy và khố xanh, 400 lính dõng là một lực lượng lớn nhất từ trước tới lúc đó do đại tá Batay và đại thần Lê Hoan chỉ huy tổng tấn công vào căn cứ Yên Thế. Đề Thám vừa tổ chức đánh trả, vừa phải rút lui khỏi Yên Thế, đến Thái Nguyên, Tam Đảo, nhưng con ông là Cả Trọng bị tử thương và con gái út là Trương Thị Thế bị bắt[1]. Lực lượng nghĩa quân giảm sút dần và tới cuối 1909 bị tan rã. Đề Thám phải sống ẩn náu trong núi rừng Yên Thế cùng hai thủ hạ tâm phúc.

Ông bị mắc mưu ba người Tàu giả danh lính Lê Dương. Họ "trá hàng" với lời hứa sẽ bày cho nghĩa quân cách chế tạo thuốc nổ và vận hành súng Thần Công. Tại một ngôi lều chạy loạn ở khu vực Hố Nấy, họ chuốc rượu say rồi giết Đề Thám cùng hai thuộc hạ thân tín của ông. Họ mang đầu ba ông ra Nhã Nam giao nộp cho Pháp. Đó là ngày 10 tháng 2 năm 1913. Thủ cấp của Đề Thám cùng thuộc hạ bị Pháp bêu ở cả Nhã Nam, Bắc Ninh để thị uy dân chúng.