Trasladado a Montevideo con su familia, Mitre asistió a la Academia Militar y pasó a ser oficial de artillería en la milicia de Fructuoso Rivera.
Luchó por primera vez en la sangrienta batalla de Cagaancha (1839) contra las fuerzas invasoras de Rosas al mando de Echagüe. Apenas logró escapar con vida de la desastrosa derrota de Arroyo Grande en 1842. De allí en adelante se unió a los exiliados argentinos antirrosistas en su persistente esfuerzo por remover a Rosas del poder; la familia de Mitre tenía raíces en Montevideo y había vuelto allí voluntariamente y no por exilio forzoso.
Los años pasados en Uruguay fueron para el joven Bartolomé años de desarrollo y contribuyeron considerablemente en su formación definitiva como futuro militar y líder político nacional. 
Prosiguió sus estudios militares, publicó un manual de artillería y participó en la defensa de Montevideo contra el sitio de Rosas junto con otros miembros de la legión Argentina y grupos de extranjeros. 
Garibaldi, en sus tiempos de mercenario y aventurero, de la legión italiana, llegó a ser su íntimo amigo. 
Mitre perteneció a la Asociación de Mayo, comenzó a escribir y fue gran admirador de Echeverría, publicó su primer libro de poemas y colaboró frecuentemente en diversos periódicos, especialmente El Iniciador, editado por Miguel Cané y Andrés Lamas.
Mitre intentó unirse a su amigo el general Paz, que a la sazón luchaba contra las fuerzas de Rosas bajo el mando de Oribe en Corrientes, pero la derrota total de los efectivos de Paz lo llevó, en cambio, al Brasil.
Luego se encaminó hacia Bolivia donde tenía amigos y donde se le había ofrecido una cátedra en la Academia Militar; pasó un tiempo en Bolivia, como amigo del presidente Ballivián, manteniéndose activo en el ejercicio de su pluma.
Finalmente se dirigió al Perú, antes que verse inmiscuido en las guerras civiles de Bolivia; no bien acogido en Perú. Debido a sus ataques a la dictadura, Mitre viajó a Chile; en 1851.
Noticias del manifiesto de Urquiza contra Rosas lo llevaron nuevamente al Uruguay y a Entre Ríos para sumarse a la batalla final contra Rosas.
Los años de exilio de Mitre habían hecho madurar sus cualidades de militar y escritor, otorgándole una nueva perspectiva en lo atinente a las necesidades de Argentina para el futuro y el desempeño de su propia misión con respecto a las mismas; la democracia y la unión nacional habían cobrado para él mayor importancia que la antinomia entre unitarios y federales y había llegado a creer que la provincia de Buenos Aires debía sumarse a las otras provincias como sólo una parte -aunque importante- de la nueva estructura nacional que habría de construirse.
En 1857 publicó la primera edición de su Historia de Belgrano.
Gobernador en 1860, así como comandante; se celebró un convenio para unir a la provincia con la Confederación sobre la base de reformas constitucionales exigidas por la convención constituyente de Buenos Aires.
Fue nombrado brigadier general en el ejército de la Confederación y nuevos problemas condujeron a un combate definitivo en Pavón, el 17 de septiembre de 1861, siendo Mitre y Buenos Aires los vencedores.
El gobierno de la Confederación había caído y el presidente Santiago Derqui renunció y Mitre tomo el poder.
Como presidente, Mitre instituye a Buenos Aires como la Capital Provisional de la Nación e impuso la explotación nacional de las vías de agua y puertos.
Tal vez lo mas tristemente célebre de su gestión es la participación Argentina en la "Guerra de la Triple Alianza" contra la República del Paraguay, donde se produjo una verdadera masacre contra el país hermano.
Una de las más importantes contribuciones de Mitre surgió al finalizar su gobierno, cuando dispuso lo necesario para la elección constitucional de su sucesor, Domingo F. Sarmiento. 
Bartolomé Mitre no volvió a ser presidente pero continuó siendo un poderoso conductor político, diplomático y periodista. 
En 1869 (primera edición, 4 de enero de 1870) fundó el prestigioso diario La Nación, a través del cual prosiguió expresando sus ideas. En su condición de senador nacional por Buenos Aires intervino frecuentemente en debates legislativos, especialmente en aquellos inherentes a los asuntos educativos, la inmigración y el desarrollo del puerto de Buenos Aires. 
En 1874 Mitre se postuló nuevamente para la presidencia de la Nación pero fue derrotado por Nicolás Avellaneda. No respetando el veredicto de las urnas y declarando que la elección era fraudulenta, Mitre recurrió a la fuerza intentando un fallido golpe de estado. Los efectivos gubernamentales aplastaron pronto este movimiento y Mitre fue detenido, pasando la mayor parte de su arresto en el viejo edificio del Cabildo de Luján.
En la corte marcial que le fue impuesta se lo censuró, siendo despojado de su rango y honores y condenado al exilio, pero Avellaneda lo perdonó inmediatamente y en 1883 fue nombrado teniente general.
Mitre reasumió su posición de ciudadano que encarnaba el espíritu cívico, pero se dedicó cada vez más a su vocación de historiador; se vio involucrado contra su voluntad en los tumultos políticos de 1880.
En 1889 fue uno de los fundadores de la Unión Cívica y en 1890 partió para Europa para evitar verse envuelto nuevamente en agitaciones políticas. Volvió a ser senador nacional en 1894; su última posición pública fue la de presidente del Senado Nacional.
Mitre murió en su hogar, en Buenos Aires, el 18 de enero de 1906. 
Entre sus más importantes escritos históricos se cuentan los clásicos que contienen la historia de las guerras de la independencia de la Argentina (y de Sudamérica); Historia de Belgrano y de la independencia argentina (primera edición, 2 volúmenes, Buenos Aires, 1859; cuarta edición definitiva, 3 v., 1887); y su Historia de San Martín y de la emancipación sudamericana (3 v., Buenos Aires, 1877-1890.