No existe certeza sobre el año de nacimiento de Ambrogio da Fossano, llamado más tarde il Bergognone. La National Gallery of Art de Washington lo sitúa alrededor de 1453, dato deducido del Necrologio ufficiale milanese, que registra su muerte a los setenta años; otras fuentes lo ubican de manera más laxa entre 1450 y 1460, y hay quien propone 1455 o 1460. La tradición lo hace originario de Fossano, cerca de Cuneo, en el Piamonte, aunque se advierte la existencia de un segundo topónimo homónimo cerca del Lago Maggiore y de Cantù que no debe confundirse con la localidad de origen del pintor; una de las fuentes consultadas, contradiciendo su propia entrada sobre Fossano, llega a consignarlo nacido en Milán. Era hijo de un tal Stefano, registrado en los documentos como "domini Stefani" o "Magister Stephanus", y hermano del también pintor Bernardino Bergognone.
La primera huella documental de su presencia en Milán se sitúa, según las fuentes, en 1471 o en 1472: el 11 de mayo de este último año aparece citado como "Ambrosouius/Ambrosius da Fossano filius Stefani porte romane" en un documento redactado en la casa del pintor Melchiorre Lampugnano, una generación mayor que él y de quien no se conserva obra identificada hoy. Esa circunstancia sostiene la hipótesis de que Lampugnano pudo haber sido su maestro, hipótesis que convive con la más difundida —y tampoco probada documentalmente— de una formación bajo la influencia de Vincenzo Foppa. En 1481 su nombre queda inscrito en la matrícula de la Scuola di San Luca, la corporación de pintores de la Universidad de Milán, bajo la fórmula "Ambrosius de Fossano, filius domini Stefani", declarando residencia en la parroquia de San Galdino, en la Porta Romana. El sobrenombre "Bergognone" con el que sería conocido en la posteridad no aparece documentado hasta 1495.
A comienzos de la década de 1480 recibió el encargo de dos retablos por parte de Gerolamo Calagrani: la "Madonna in trono col Bambino tra i Santi Gerolamo, Gregorio, Agostino, Ambrogio e i martiri Gratiniano, Felino, Fedele e Carpoforo", que sigue en la iglesia de Santi Gratiniano e Felino, en Arona, y la "Pala di San Pietro in Ciel d'Oro" (Sacra conversazione), que hoy se conserva en la Pinacoteca Ambrosiana de Milán. Su vinculación con la fábrica de la Certosa di Pavia —el gran complejo cartujano fundado por Gian Galeazzo Visconti el 27 de agosto de 1396, cuya construcción, interrumpida a la muerte del fundador en 1402, fue reactivada a mediados del siglo XV por Francesco Sforza y continuada por su hijo Ludovico il Moro— comenzó hacia 1488, aunque el primer registro documental fechado de su presencia allí data del 28 de febrero de 1489, según el estudio de Albertini Ottolenghi. Es posible que ya estuviera trabajando en el sitio desde el segundo semestre de 1488. Su actividad certosina, extensamente documentada, comprendió dos polípticos para los altares de la iglesia, cuatro retablos fechados en 1490 —entre ellos el que hoy conserva la National Gallery de Londres bajo el número NG298— y cuatro retablos más registrados en 1491 y entre 1492 y 1494, además del inicio de la decoración al fresco del templo. El mecenazgo de la fábrica correspondía a la dinastía Visconti-Sforza: en el fresco de la Coronación de la Virgen pintado para el crucero figuran los retratos de Francesco Sforza y de Ludovico il Moro, entonces duque de Milán, quien en 1494 recibió en la propia Certosa la visita de Carlos VIII de Francia, de paso hacia la conquista del reino de Nápoles, y que en 1497 —año de la consagración de la iglesia— encargó allí mismo su cenotafio junto al de su esposa Beatriz de Este.
En 1492, según consta en la transcripción de una inscripción de archivo conservada por la Regione Lombardia, Ambrogio trabajó en la decoración pictórica del transepto de la Certosa junto con su hermano Bernardino y con el pintor Jacopino de Mottis, documentado de forma independiente como activo entre 1488 y 1505 en ámbito lombardo. La atribución de al menos uno de los frescos de ese conjunto —el que representa a un fraile asomado a una ventana— resulta contradictoria entre las fuentes consultadas: una ficha de archivo fotográfico lo asigna a "Borgognone", mientras que otra fuente lo atribuye a Jacopino de Mottis y lo fecha en 1490; ambas versiones se consignan sin resolver la discrepancia. Del mismo período certosino data un pequeño panel con la "Virgen y el Niño", hoy en la National Gallery (NG1410), que pudo haber sido encargado por un monje cartujo para devoción personal: la obra documenta el estado real de la construcción del edificio, con partes de la fachada y del transepto todavía en obra y con cartujos observando los trabajos en curso, uno de ellos aparentemente vigilando la marcha de la fábrica. Junto a su hermano, Ambrogio diseñó además las figuras de la Virgen, los santos y los apóstoles destinadas a la sillería del coro, que el tallista Bartolomeo Pola ejecutó en madera taraceada. El 14 de mayo de 1490 firmó y fechó la Crucifixión pintada para la Certosa, con la inscripción "Ambrosius Fosanus Pinxit 1490 Maij 14". De ese mismo entorno procede, hacia 1494, el tríptico cuyo panel central —la Presentación en el Templo— se conserva hoy en el Louvre junto con sus dos alas, San Agustín con donante y San Pedro Mártir con donante, de procedencia original desconocida.
Entre 1494 y 1495 Ambrogio abandonó Pavía y regresó a Milán, donde trabajó durante dos años en la iglesia de San Satiro. A partir de 1497 se ocupó, por un tiempo, de la decoración de la iglesia de la Incoronata en Lodi, ciudad donde en 1498 vuelve a registrarse también la presencia de Bernardino. En 1508 recibió un encargo para una iglesia de Bérgamo; en esa misma ciudad, y en los primeros años del siglo XVI, la orden dominica le encargó el Políptico de San Bartolomeo, hoy en la Accademia Carrara, cuyo panel central falta y que una hipótesis reciente identifica con un San Rocco conservado en los depósitos de la Pinacoteca di Brera —el vínculo entre el encargo de 1508 y este políptico dominico no aparece confirmado de forma explícita en las fuentes consultadas y se consigna aquí como conexión probable, no cerrada—. En 1512 su firma vuelve a aparecer en un documento público de Milán. Entre 1517 y 1518 Bernardino queda registrado en los anales del Duomo de Milán.
En 1522 Ambrogio firmó y fechó la que se considera su última obra cierta, la pala de Nerviano, hoy también en la Pinacoteca di Brera. Un año después, Bernardino firmó y fechó a su vez su único cuadro documentalmente seguro, un San Rocco, igualmente conservado en la Brera. La muerte de Ambrogio se sitúa entre 1522 y 1524: el Necrologio ufficiale milanese permite deducir 1523 si se cuentan setenta años desde un nacimiento hacia 1453, mientras que los frescos con la vida de San Sisinio pintados en el pórtico de San Simpliciano, en Milán, se han fechado en 1524 como último registro atribuido a su actividad.
La historia posterior de sus obras permite reconstruir, con datos verificables, parte de su fortuna coleccionista. La Virgen con el Niño y santos, procedente de la Certosa, fue adquirida por la National Gallery de Londres en 1857. La Virgen con el Niño pintada hacia 1488-90 perteneció a la colección de Sir Charles Lock Eastlake y se vendió en Christie's en 1894 antes de ingresar en la misma pinacoteca londinense. El gran retablo de la Boda Mística de Santa Catalina, encargado originalmente para la capilla de Rebecchino, cerca de Pavía, fue desmembrado con el tiempo: dos de sus fragmentos —la Agonía en el Huerto, fechada probablemente en 1501, y el panel con la Virgen y el Niño con dos ángeles, atribuido a Bernardino— pasaron por la Galleria Melzi de Milán, documentada en un catálogo de 1840, hasta ser adquiridos por la National Gallery en 1879. El díptico con San Pablo y San Juan Evangelista, pintado entre 1480 y 1490, se conserva en la Accademia Carrara de Bérgamo, institución que además custodia el ya mencionado Políptico de San Bartolomeo encargado por los dominicos bergamascos.