Né à Stockholm le 4 septembre 1755, Hans Axel von Fersen (en français : Axel de Fersen) est issu d'une grande famille suédoise francophile. Il est le fils du feld-maréchal Fredrik Axel de Fersen (1719-1794) et d'Hedwige-Catherine de La Gardie, héritière du château de Löfstad. D’origine balte, la famille Fersen obtient le titre de baron en 1674, celui de comte en 1712. D’origine languedocienne, la famille de La Gardie est arrivée en Suède au XVIe siècle et depuis Erik XIV , les membres de famille de la Gardie sont associés aux plus hautes responsabilités du royaume. Axel a un frère cadet, Fabian et deux sœurs, Hedwige qui épouse en 1773 le comte Klinckowström, et Sophie qui épouse en 1777 le comte Piper, chambellan à la cour. Sophie Piper sera la confidente de fersen durant toute sa vie. Son père Fredrik Axel a servi en France pendant 13 ans, de 1740 à 1753, dans le régiment Royal-Alsace et a ensuite fait une brillante carrière au parlement suédois, comme chef de file du parti francophile des Chapeaux, partisan d’une politique extérieure plus active, d’une alliance avec la France qui lui apporte son soutien financier et d’une guerre contre la Russie en vue de reconquérir les provinces baltes. Toute la famille Fersen parle et écrit en français.
De 1770 à 1774, le jeune Fersen fait son tour d'Europe. Il séjourne en Allemagne, à Strasbourg, à Turin, à Paris et à Londres, étudie dans des académies et écoles de guerre et est présenté aux souverains des cours européennes. A Strasbourg, Il apprend le droit naturel, le français, l'allemand, les mathématiques et l'histoire de l'art militaire. A Turin, il apprend l'italien, suit des cours à l'académie de médecine, fréquente l'académie militaire, mais aussi le théâtre, l'opéra et les dames de Turin.
Parallèlement il commence une brillante carrière militaire : caporal au régiment des hussards de la garde, officiers de la garde Royale en 1771, lieutenant au régiment de cavalerie de Smäland en 1773, lieutenant à la suite du régiment français Royal Bavière en 1773.
Arrivé à Paris au début de 1774, Fersen suit à la Sorbonne des cours de physique et de sciences naturelles. Il est reçu par l'ambassadeur de Suède, Creutz, qui le présente à la Cour de Versailles et l’introduit dans le milieu des salons parisiens. Ebloui par la cour de France et la vie parisienne, Fersen fréquente les bals et les diners où il est volontiers invité. Fin janvier 1774 il rencontre la dauphine Marie-Antoinette pour la première fois à un bal masqué. En mai 1774, il part en Angleterre où il étudie l'anglais et l'histoire.
Fersen rentre en Suède en décembre 1774 et obtient le titre de capitaine dans l'armée suédoise en mai 1775. En mai 1778, il retourne à Londres pour demander la main de Catherine Leijel, une Anglaise d'origine suédoise qu'il avait rencontrée en 1774, mais qui refuse cette union. En août 1778, il assiste en Normandie à une opération de manœuvres militaires sous le commandement du duc de Broglie. Son retour à la Cour de Versailles ne passe pas inaperçu ; remarqué par Marie-Antoinette, il n'en collectionne pas moins les conquêtes féminines. Cette faveur n’échappe pas à son souverain, le roi Gustave III de Suède (1746-1792), souverain francophile, adepte de la philosophie des Lumières et patron des arts (il crée la première troupe d’opéra en Suède et fonde l’Académie suédoise). Il va se servir de Fersen comme d’un agent diplomatique secret pour resserrer ses liens avec la Cour de France.
De 1780 à 1783, Fersen participe à la guerre d'Indépendance américaine. Il embarque à bord du vaisseau de guerre le « Jason », le 13 avril 1780 et sert d'interprète au général Rochambeau avec le titre de « mestre de camp ». Il participe en octobre 1781 à la bataille de Yorktown, prend part à la direction des combats et fait fonction d'officier de liaison entre les Français et les Américains. Sa brillante conduite lui vaut d’être nommé par la faveur de la reine Marie-Antoinette, mestre de camp en second au régiment français Royal Deux-Ponts et par celle de Gustave III, colonel dans l'armée suédoise et chevalier de l’Épée. De retour à Paris fin juin 1783, Fersen est la coqueluche des salons parisiens. C'est alors qu'il envisage un autre projet de mariage, qui n’aboutit pas, avec Germaine Necker, fille du ministre des Finances Jacques Necker (Germaine Necker épousera Erik Staël von Holstein, nouvel ambassadeur de Suède en France et sera connue sous le nom de Mme de Staël).
A son retour d'Amérique, Fersen a le projet de rester en France et d'y faire une carrière militaire en France. Grâce à l'appui du roi Gustave III de Suède et de la reine Marie-Antoinette, il achète le régiment Royal-Suédois. Durant l'hiver 1783-1784 il accompagne le roi Gustave III, qui voyage incognito en Italie sous le nom de comte de Haga. A Naples, Fersen reçoit la médaille de l'ordre des Cincinatti. Après un bref séjour en France en juin 1784 au court duquel Gustave III conclut une alliance avec la France et participe avec Fersen à une éblouissante fête donnée par Marie-Antoinette à Trianon le 21 juin 1784, Fersen rentre en juillet en Suède pour huit mois. Il revient en France en 1785 prendre possession de son régiment, à Landrecies, près de Valenciennes, et partage désormais son temps entre Paris, Versailles et Valenciennes, hormis un séjour en Suède en 1788 où le roi Gustave III l’a rappelé pour participer à la guerre de Finlande opposant la Suède et la Russie (avril-novembre 1788).
Malgré les difficultés de son père en Suède (il est arrêté par le roi Gustave III pour avoir pris parti pour les droits de la noblesse), Fersen revient en France et prend un logement à Versailles pour être au plus près de la Cour. Après le départ de nombreux nobles en émigration, il devient de plus en plus un confident régulier de la famille royale. Il est présent à Versailles lors des journées d’octobre 1789 où la famille royale est contrainte de quitter le palais pour s’installer aux Tuileries. A Paris, Fersen loue ensuite un logement au 27 avenue Matignon, à l'angle de la rue du Faubourg Saint-Honoré.
Fersen est l’un des principaux artisans de la fuite à Varennes. C’est lui qui, avec l’aide de l’ambassadeur de Russie, Simolin, du baron d'origine irlandaise, Crauford, et de sa maîtresse Madame Sullivan, se charge de fournir l’argent, les passeports, la berline qui doit emmener la famille royale. Mais le matin du 21 juin, à la barrière de Bondy, à la demande de Louis XVI, il laisse partir la berline et se rend à Arlon et à Bruxelles où il apprend quelques heures plus tard l’échec de la fuite.
Il sert alors d'agent secret entre la famille royale, le comte de Mercy-Argenteau, la cour de Vienne et les princes émigrés pour monter une coalition étrangère de soutien à la monarchie française, et entretient une correspondance secrète et intime avec Marie-Antoinette. Il tente tout pour sauver la reine, de la pression diplomatique, aux plans d'évasion des Tuileries, jusqu'au conflit armé, espérant que les forces coalisées étrangères viendront à bout rapidement de la Révolution. Il trouve un allié fervent dans ses projets en la personne du roi Gustave III, qui est malheureusement assassiné en mars 1792.
Fersen rencontre Marie-Antoinette secrètement pour la dernière fois le 14 février 1792 aux Tuileries pour la convaincre d’un nouveau plan d’évasion. Il ne peut empêcher l’exécution de la reine le 16 octobre 1793 et après sa mort, il lui voue un véritable culte, renonçant même à se marier.
Fersen rentre en Suède en octobre 1794 et après quelques années de disgrâce durant la régence du duc de Sudermanie, il retrouve ses dignités et offices. En février 1795, il se rend à la cour de Vienne pour tenter d’obtenir le remboursement des sommes qu’il a avancées pour la fuite du roi et de Marie-Antoinette et y rencontre Madame Royale, qui vient d’être libérée de la prison du Temple. En 1797, il est envoyé pour représenter son pays au traité de Rastatt, où il rencontre Bonaparte, qui le récuse au titre que Fersen est un émigré qui a quitté son service et a mené un mouvement opposé à la République. Il séjourne plusieurs mois à Karlsruhe avant de rentrer en Suède en octobre 1799. En 1800, il est décoré de l’ordre des Séraphins, en 1801, il est nommé riksmarskalk (Grand maréchal du royaume), ministre et chancelier d'Uppsala, mais on lui refuse le poste de ministre des Affaires étrangères en raison de ses rapports difficiles avec la République française. En 1802, il accompagne sa sœur Sophie en voyage en Italie, à Pise, Naples et à Rome. En octobre 1804, il reçoit à Kalmar les frères de Louis XVI, le comte de Provence (Louis XVIII) et le comte d’Artois. Il devient impopulaire en Suède de part sa volonté d’écraser toute idée révolutionnaire et perd la faveur royale en s'opposant fermement à l'entrée en guerre de la Suède contre la Prusse. Il se retire du gouvernement fin 1805. En 1810 la rumeur l’accuse d’avoir empoisonné le prince héritier Charles-Auguste et il meurt lynché par la foule à Stockholm le 20 juin 1810. Il est réhabilité le 2 décembre 1810 et a droit à des obsèques officielles.