Yazılarında ve siyasal yaşamında Batı uygarlığının bütünüyle benimsenmesini, Türkçülüğü ve liberal düşünceyi savunan düşünür ve siyaset adamıdır. 1869 yılında Şuşa-Karabağ'da doğdu. İlköğrenimden sonra, annesinin çabasıyla Rus gymnasium'una gönderildi. Batılı düşüncelerle tanıştığı bu okulu bitirdikten sonra, hukuk, tarih ve siyasal bilimler eğitimi gördüğü Paris'e gitti (1888). Üniversite yıllarında hocası Ernest Renan'dan etkilendi. Paris'te tanıştığı Cemaleddin Afgani onun İslamiyete ilişkin düşüncelerini etkiledi. Üniversite öğrenciliği sırasında La Nouvelle Revue, Revue Bleu gibi dergilerde yazıları yayımlandı.
Ağaoğlu'nun Fransa'da bulunduğu yıllar onun özellikle Fransız Devrimi'nin getirdiği düşüncelere yakınlaşmasına, Batılı liberal kavram ve değerleri incelemesine olanak verdi.
1894'te Azerbeycan'a döndü. İrşad, Terakki, Fuyuzat gazetelerini yayımladı. İttihad ve Terakki'nin yayın organı olan Şura-yı Ümmet'e yazılar yazdı. Bu dönemde temel olarak Rusya Müslümanlarının birliği ve kültürel gelişmesi doğrultusunda mücadele verdi. Çarlığın baskısına karşı Difai adlı bir gizli cemiyet kurdu. Üzerindeki baskılar yoğunlaşınca, 1909'da ailesiyle birlikte İstanbul'a göç etti.
II. Meşrutiyet döneminde Ağaoğlu, dağılan Osmanlı İmparatorluğu'nda milliyetçilik açısından en geç kalan Türklerin, varlıklarını sürdürebilmek için milli şuur kazanmalarının zorunlu olduğu görüşüne, Türkçülük akımına bağlandı. Bu dönemde Ziya Gökalp'le birlikte "Türkleşmek, İslamlaşmak, Muasırlaşmak" biçiminde ifade edilen düşüncenin, daha çok Türkçü ve çağdaşlaşmacı yönüne ağırlık verdi. Ağaoğlu için Türkçülük siyasal bir programdan çok, ulusun kurtuluşunu sağlayacak birleşmenin temel kültürel harcı idi.
1911'de Türk Yurdu Cemiyeti'nin kurucuları arasında yer aldı. Cemiyetin yayın organı Türk Yurdu dergisinde yayımladığı "Türk Alemi", "Osmanlı İnkılabının Şarktaki Tesiratı", "İslam'da Davayı Milliyet" gibi yazı dizileri ilgi uyandırdı. Babanzade Ahmed Naim ve Süleyman Nazif gibi İslamcı ve Osmanlıcı yazarlarla giriştiği tartışmada Türkçülükle İslam'ın çelişmediğini kanıtlamaya çalıştı. O sıralarda, İttihatçı eğilimlerin söz sahibi olmaya başladığı Darülfunun'da Rus dili ve Türk tarihi hocalığı yapmaya başladı. 1914'te Afyonkarahisar mebusluğuna seçildi. 1915'te İttihat ve Terakki'nin genel merkez üyesi oldu. 1917 Ekim Devrimi'nden sonra Kafkas orduları siyasi müşaviri olarak Rusya'ya gitti. Geri döndüğünde İngilizler tarafından tutuklandı ve Malta'ya sürüldü.
1921'de serbest bırakılınca Anadolu'ya geçen Ağaoğlu Ankara Hükümetince Matbuat Umum Müdürlüğü görevine getirildi. 1930'da Cumhuriyetçi Serbest Fırka'nın kuruluşuna katıldı. Partinin programı ve tüzüğünün oluşturulmasına önemli katkısı oldu. Serbest Fırka kendisini feshedince çoğu kurucuların aksine eski partisine dönmedi. 1933'te Akanı gazetesini çıkardı. CHP'ye muhalif bir çizgi izleyen gazeteyi kısa süre sonra kapatmak zorunda kaldı.
Cumhuriyet döneminde gerek CHP içindeki tutumunda, gerekse Kadro hareketini temsil eden Şevket Süreyya Aydemir ile giriştiği tartışmada, Ağaoğlu'nun batılı parlamenter düzene yakınlığı ve "bütüncü" toplumsal anlayışlara karşı, Batılı anlamda birey özgürlüğüne dayalı toplumsal ve iktisadi görüşleri ağırlık kazanmıştır. Gazete yazılarını topladığı "Devlet ve Fert" (1933) adlı kitabı ve bir ütopya denemesi olan "Serbest İnsanlar Ülkesinde" (1930) bu açıdan önem taşır. 19 Mayıs 1939'da İstanbul'da öldü.