본관은 의령(宜寧). 일명 상길(相吉), 자는 자상(字裳), 호는 육일재(六一齋) 또는 혜천(惠泉). 남종헌(南宗獻)의 손자이고, 남구순(南久淳)의 아들이며, 남병철(南秉哲)의 아우이다.
1850년(철종 1)에 문과에 합격한 뒤, 관직은 예조판서에까지 달하였으며 관상감제조도 겸하였다. 수학과 천문학의 천재라고 불리었으며, 특히 천문은 당시의 제1인자라고 알려졌다.
저서로는 『시헌기요(時憲紀要)』·『성경(星鏡)』·『양도의도설(量度儀圖說)』·『추보첩례(推步捷例)』·『칠정보법(七政步法)』·『태양출입표(太陽出入表)』·『산학정의(算學正義)』·『선택기요(選擇紀要)』·『중성신표(中星新表)』·『춘추일식고(春秋日食攷)』 등이 있다.