본관은 의령(宜寧). 자는 자명(字明) 또는 원명(元明), 호는 규재(圭齋)·강설(絳雪)·구당(鷗堂)·계당(桂堂). 남유상(南有常)의 증손으로, 아버지는 판관 남구순(南久淳)이다. 또한 영안 부원군 김조손의 외손이며, 남병길(南秉吉)의 형이기도 하다.
1837년(현종 3) 정시문과(庭試文科) 병과에 합격하였다. 김문근의 총애를 받았으며, 박학다식하고 문장에 능하였을 뿐 아니라 수학에 뛰어나 수륜지구의(水輪地球儀)와 사시의(四時儀)를 제작하였다.
1851년(철종 2)에 승지가 되고 이어서 예조판서·대제학에 올랐으며, 관상감제조도 겸하였다. 철종의 총애를 받았으며 안동김씨의 세도정치에 분격하여, 그 일파를 눌러보았으나 도리어 그들에게 억압당하여 나중에는 글씨와 그림 및 성색(聲色)으로 소일하고 지냈다. 시호는 문정(文貞)이다.
저서로는 『해경세초해(海鏡細草解)』·『의기집설(儀器輯說)』·『성요(星要)』·『추보속해(推步續解)』·『규재유고(圭齋遺稿)』 등이 있다.