伍连德祖籍广東台山，出生於马来西亚槟城一个普通华人移民家庭。1896年，年仅17岁的他以所就读中学第一名的成绩，拿到英女王奖学金，远赴剑桥大学学习医学。欧洲求学期间，他先後到英国利物浦热带医学院、德国哈勒大学卫生学院和法国巴斯德研究所进修，系统掌握了现代医学知识。
　　1907年，一封书信改变了伍连德的命运。大清帝国的北洋大臣、直隶总督袁世凯聘请他前往天津，任天津陆军军医学堂副监督（副校长职）。1908年，伍连德终於回到了中国，卻极为不幸恰逢袁世凯在政治上失势下野。这样一来，伍连德的处境变得十分尴尬。在友人的帮助下，他只好自己在京城活动，最终受到满洲权贵接纳。卻没想到，几年之後，这个年轻人承担起一个扭转国运的重大任务。
　　1910年12月，肺鼠疫在东北大流行。疫情蔓延迅速，吉林、黑龙江两省死亡人数达39679人，佔当时两省人口的1.7%，哈尔滨一带尤为严重。迫於形势，经外务部施肇基推荐，清政府派伍连德为全权总医官，到东北领导防疫工作。1911年1月，伍连德在哈尔滨建立了第一个鼠疫研究所，並出任所长。
　　伍连德第一时间向北京发去电报，提出初步的防疫措施：控制铁路、公路，隔断交通，以防瘟疫蔓延；隔离疫区；向关内征聘医生等等。1911年1月13日，清政府按照伍连德建议，在东北进入关内的必经点山海关设置检验所，对所有旅客进行为期5天的观察期，无症状才可放行。随着疫情的加重，检查程度也在不断加深。1月21日，又下命令：“将京津火车一律停止，免致（疫情）蔓延”。为了避免人传人，伍连德要求所有人都佩戴口罩。在这样的情况下，伍连德发明了中国第一个口罩——伍氏口罩，直到现在依然在用。伍连德还发明了“旋转餐台”，避免人与人之间的交叉感染。
　　伍连德还向延续了几千年的土葬习俗宣战。他宣佈，在非常时期，所有死者的尸体全部进行火化，因为只有这样，才能真正消灭尸体内的病毒。伍连德的提议刚提出来就遭到了当地百姓甚至是官员的一致反对，伍连德无奈之下只得四处动用关係，请求朝廷颁旨，最後终於获得了许可。1911年1月30日，傅家甸坟场的2000多具尸体被集中焚烧，大火足足烧了三天才熄灭。
　　这一行动，在後来也被公认为东三省鼠疫防疫的转折点。经过四个月的奋战，伍连德与其战友终於在4月底使东北鼠疫得到了全面控制。不过在那一场瘟疫中，6万百姓被夺去生命，公职人员中，单长春一地就有166名卫生人员染疫殉职。
　　1911年4月，伍连德邀请包括日本、英国、美国、德国等11个国家的医学专家，在瀋阳召开了“万国鼠疫大会”。这是中国历史上首次召开国际学术会议，32岁的伍连德被推选为大会主席。万国大会後，伍连德被皇帝亲自加封为医学进士，国际医学联盟授予他“鼠疫斗士”的称号。
　　在这之後，伍连德选择继续留在中国。他专注於中国医学的发展，亲手创立了北京中央医院，也就是现在的北京大学人民医院。他作为中方代表说服了美国最显赫的家族之一洛克菲特家族，建立了协和医院以及协和医学院，直到现在，北京协和医学院依然是洛克菲特慈善王国最大的海外项目。他还创立了哈尔滨医科大学的前身——哈尔滨医学专门学校，任第一任校长。他前前後後在中国主持兴办了20多所医学院和医学院校，为中国培养出大批医学人才。梁启超曾这样评价他：“科学输入垂五十年，国中能以学者资格与世界相见者，伍星联博士一人而已。”