Comme son grand-père et son père avant lui, Alexander-Graham Bell se lance dans la recherche des méthodes d'enseignement pour sourds-muets et dans l'étude des mécanismes de la parole humaine et devient un spécialiste américain en audiologie.
Alexander-Graham Bell est né le 3 mars 1847 à Édimbourg, en Écosse (Angleterre). Pendant deux générations sa famille a été reconnue dans le domaine de l'élocution et de la correction de la parole.
Son grand-père, Alexander Bell, était un orateur et un comédien respecté à Londres.
Son père a également joué un rôle de pionnier dans le domaine de l'élocution. Il a conçu un système phonétique, la "parole visible" ("Visible Speech"), qui utilise un alphabet visuel de symboles montrant comment placer les lèvres, la langue et la gorge pour produire certains sons. Ce système a largement contribué à perfectionner l'enseignement de la parole aux étudiants sourds.
Alexander était le deuxième des trois enfants de Alexander Melville Bell et Eliza Grace Symonds Bell, une portraitiste et une musicienne accomplie. Durant leur jeunesse, Alexander-Graham et ses deux frères ont été encouragés à poursuivre la profession de la famille.
Il fréquenta l'école privée pendant une année, puis passa deux ans au collège Royal de Edimbourg (où il a été diplômé à l'âge de 14 ans),
En 1864, il travaille comme étudiant-professeur au Weston House, une école de garçons près d'Endinburgh où il enseigna la musique et la parole en échange d'études sur les autres sujets. Un an plus tard, il devint professeur à plein temps à l'Université d'Edinburgh tout en restant étudiant à l'Université de Londres. en 1868, il enseigne à l'école Susanna Hull pour enfants sourds à Londres
Après la mort de ses deux frères de tuberculose, la famille émigre au Canada, en juillet 1870, pour raisons de santé, et s'installe à Brantford, Ontario. Il travaille alors avec son père comme thérapeute du langage auprès des malentendants. S'intéressant aux recherches sur la transmission de la voix à distance, il met au point un microphone fonctionnel.
En avril 1871, Bell passa plusieurs semaines à Boston, aux Etats-Unis donnant des conférences pour démontrer le système d'apprentissage des sons inventé par son père ("Visible Speech").
En 1872, il enseigne à Clarke School de Boston, Massachuetts, il donne des cours à Hartford, Connecticut, puis il ouvre sa propre école, pour entraîner des enseignants de sourds-muets. L'école est ensuite rattachée à l'université de Boston, où Bell est nommé professeur de physiologie vocale en 1873.
Il commence à expérimenter le télégraphe multiple.
Dès l'âge de dix-huit ans, Bell s'est intéressé à l'idée de transmettre la parole par l'intermédiaire d'un fil. En 1874, alors qu'il travaille sur un télégraphe multiple, et après de nombreuses recherches et fausses pistes, il aboutit à l'invention du phonautograph, un appareil qui pourrait transmettre des vibrations sonores sous forme de tracés visibles. Ses expériences avec son assistant Thomas Watson, un jeune mécanicien, seront finalement couronnées de succès. En 1875, il parvient avec un simple recepteur à convertir l'electricité en son.
Les longues séances nocturnes de travail expérimental commençèrent à produire des résultats. 
George Sanders et Mabel Hubbard, tous deux pères de malentendants que Bell aida, furent impressionnés par le jeune enseignant. Ils l'aidèrent financièrement pour la poursuite de ses recherches scientifiques. Néanmoins, durant les heures normales de travail, Bell et Watson devaient satisfaire à leurs exigences professionnelles. Il ne fut donc pas surprenant de voir la santé de Bell décliner. Le 6 avril 1875, on lui octroya le brevet pour son télégraphe multiple; mais après six mois exténuant de longues séances nocturnes de mise au point dans son atelier, tout en maintenant son activité de jour, Bell dut retourner au Canada à la maison de ses parents pour récupérer.
En 1875, Bell fabrique un premier prototype du vibraphone. L'appareil s'actionne à l'aide d'une languette de métal mobile, semblable à celles des clarinettes.
En septembre 1875, il commença à écrire les spécifications pour le téléphone. Le 7 mars 1876, le bureau des brevets des États-Unis lui octroya le brevet numéro 174,465 couvrant " la méthode, et l'appareil, pour transmettre la voix ou autres sons par télégraphe… en causant des ondulations électriques, similaire aux vibrations de l'air accompagnant le son vocal ou autres sons ".
En mars 1876, Bell améliore la qualité du vibraphone en remplaçant la languette par un fil plongé dans un récipient rempli d'eau et d'acide. Le liquide produit module l'intensité du courant dans le fil de façon équivalente aux ondes sonores de l'atmosphère.
Le 10 mars 1876, à Boston, au Massachusetts, dans une chambre d'hôtel, l'appareil artisanal réalisé par Alexander Graham Bell, baptisé vibraphone, réussit pour la première fois à transmettre à distance la voix de son inventeur.
Ce jour là, avec les mots "Mr. Watson -- Come here -- I want to see you." ("Monsieur Watson, venez ici, j'ai besoin de vous!"), transmis par télégraphe, l'histoire était écrite.
À 29 ans, ses recherches sur la transmission vocale par vibration portent leur fruit.
Après avoir fait breveter son invention et fait une démonstration du téléphone à l'Exposition du centenaire de l'Indépendance des États-Unis à Philadelphie, le 25 juin 1876 en présence de Sir William Thomson (Baron Kelvin) et de l'Empereur Pedro II du Brésil), Alexander Graham Bell, avec quelques associés, crée la "Bell Telephone Company" le 9 juillet 1877.
Le 11 juillet 1877, Bell épouse Mabel Hubbard, son ancienne élève et fille de son associé, qui a 10 ans de moins que lui. Ils se rendent immédiatement en Angleterre où Bell fait une démonstration à la Reine Victoria le 14 janvier 1878.
Avant l'invention du télégraphe par Samuel Morse en 1837, les humains communiquent à distance par l'intermédiaire de messagers, de pigeons voyageurs ou à l'aide de signaux de fumée. Avec un aimant générateur d'énergie électromagnétique, le télégraphe encode les messages transmis par la vibration d'une membrane. Les ondes sonores créées voyagent à la vitesse de la lumière par des supports conducteurs d'électricité comme des fils de cuivre. Arrivés à destination, les messages sont décodés et redeviennent audibles. Le téléphone suit le même principe mais permet l'échange simultané de la voix humaine.
En 1878, le président Rutherford B. Hayes fut le premier président des Etats-Unis à avoir un téléphone installé à la Maison Blanche. Et son premier appel fut bien entendu pour Alexander Graham Bell qui était à une distance de 13 miles de la Maison BlancheLes premiers mots du président furent: "Please speak more slowly."
Moins d'un an suivant l'application commerciale, - dès septembre 1878 - les premières poursuites judiciaires commencèrent. Ironiquement, le téléphone - qui était jusqu'à maintenant soouvent perçu comme une farce et son créateur comme un prophète ou au mieux comme un excentrique - fut le sujet d'un des litiges les plus compliqués de l'histoire. Les deux plus célèbres causes furent les cas de Dowd et Drawbaugh, où la récente Bell Telephone Company réussit à défier les deux filiales du géant Western Union Telegraph Company pour infraction de brevet.
En février, mars 1879, la Bell Telephone Company se fond avec la New England Telephone Company pour devenir la National Bell Telephone Company.
L'histoire de Bell ne se termine pas avec l'invention du téléphone. C'était un commencement. En tant que résident de Washington D.C., Bell continua ses expériences en communication. En février 1880 , lui et ses associés (Charles Sumner et son cousin, Chichester A. Bell), inventent le photophone - un appareil qui transmet la parole à l'aide de rais de lumière.
Fin 1880, la France décerne à Bell le prix Volta d'une valeur de 50 000 francs (10,000 $ américain). Avec cet argent, il fonde le laboratoire Volta à Washington (District de Columbia),
Il invente d'autres appareils comme l'audiomètre, utilisé pour mesurer l'acuité auditive, le pendule à induction, utilisé pour localiser des objets métalliques dans le corps humain, et le premier cylindre enregistreur en cire, introduit en 1886, qui est à la base du gramophone moderne. Le diamant était utilisé pour graver, le cylindre de cire pour enregistrer et les vitesses étaient contrôlables. Cet appareil présentait une approche pratique pour enregistrer le son. Bell partagea les redevances financées par le bureau de Volta et l'Association Américaine pour promouvoir l'enseignement de la parole aux sourds-muets.
Lorsque le président Garfield sera assassiné en juillet 1881, Bell tentera sans succès de localiser la balle en utilisant un appareil électromagnétique.
Il est naturalisé américain en novembre 1882.
Il fonde le journal Science en 1883, dont le but est d communiquer les nouvelles recherches à la communauté scientifique américaine.
Le 3 mars 1885 la Telephone & Telegraph Company est formée pour gérer les affaires à longue distance en pleine expansion de l' American Bell Telephone Company.
En 1886, Bell acquiert un terrain à Baddeck, sur l'île Cap Breton en Nouvelle-Écosse. Entouré de souvenirs d'enfance d'Écosse, il construisit une maison d'été, le Beinn Bhreagh, complété de laboratoires de recherche.
En 
octobre 1892, Alexander G. Bell participe à la cérémonie d'ouverture du service longue-distance du téléphone entre New-York et Chicago.
Le 8 mai 1893, a été une journée mémorable pour Bell, car son prodige de 13 ans, Helen Keller, qui est aveugle et sourde, participa aux cérémonies d'ouverture du nouvel édifice des bureaux de Volta.
De 1897 à 1904, Bell succéda à son beau-frère en tant que président de la National Geographic Society. Convaincu que la géographie pouvait s'enseigner par les images, il chercha à promouvoir une compréhension de la vie à distance, alors que le voyage était encore limité à certains privilégiés. À nouveau il trouva un bon associé en, Gilbert Grosvenor, son futur beau-fils, qui transforma un modeste pamphlet en un journal éducatif unique atteignant des millions de personnes dans le monde.
Après 1895, l'intérêt de Bell se porte principalement sur l'aéronautique, il fit des expériences avec des cerfs-volants géants qui pouvaient transporter des personnes. 
Il trouva un groupe de quatre jeunes personnes, dont l'inventeur et aviateur américain Glenn Hammond Curtiss, pour l'aider à exécuter ses théories. Sous le coup d'une inspiration, Mabel Hubbard Bell, voulant maintenir l'influence stimulante du groupe, fonda le Aerial Experiment Association, le premier organisme de recherche établi par une femme. La surdité n'était pas un handicap pour la femme du professeur Bell. Avec son groupe d'amis, Bell développa aussi l'aileron, une section mobile de l'aile d'avion qui contrôle le roulis. Ensemble ils développèrent également un train d'atterrissage à trois roues, qui permet d'abord le décollage puis l'atterrissage sur un terrain de vol. En appliquant des principes aéronautiques à la propulsion maritime, son groupe commença à travailler sur les hydroptères, qui se déplacent au-dessus de l'eau à grande vitesse. Son "hydrodrome" grandeur nature, construit en 1917, atteignit puis dépassa les 113 km/h, et pendant de nombreuses années, il sera le bateau le plus rapide du monde. A Beinn Bhreagh, Bell fit entrer de nouveaux sujets d'investigations, tel la détection au sonar et la distillation solaire.
Bell continua ses études sur les causes et l'hérédité de la surdité. Elles l'ont conduit à mener des expériences sur la sélection, en particulier dans l'élevage des moutons, et à publier un livre intitulé : Durée de vie et conditions associées à la longévité (1918). Il est mort le 2 août 1922 à Baddeck au Canada où un musée contenant nombre de ses inventions originales est entretenu par le gouvernement canadien.
Le crédit de cette invention lui est cependant contesté, la Chambre des Représentants des États-Unis ayant statué dans sa résolution 269 du 15 juin 2002 qu'Antonio Meucci était le véritable inventeur du téléphone. Meucci avait fait une demande de brevet en 1871 mais, faute de ressources, ne la renouvela pas, celle-ci expira en 1874.