早期事迹
江忠源生性刚直豪爽，重视经世之学，于1837年（道光十七年）考中举人，后入京参加会试，可惜没有中榜。1844年（道光二十四年），江忠源通过大挑（选官制度）被任命为教职官员，返回家乡，并以兵法训练乡里子弟。
1847年（道光二十七年），瑶人雷再浩在新宁黄背峒聚众作乱。江忠源组织团练镇压，击破叛军巢穴，擒杀雷再浩，被擢升为知县，赴浙江候补出缺。1849年（道光二十九年），江忠源担任秀水县知县，因政绩卓著，受到浙江巡抚吴文镕的赏识，后补任丽水县知县。
1850年（道光三十年），咸丰帝即位，诏令部院九卿举荐贤才。江忠源在礼部左侍郎曾国藩的推荐下，入京朝见皇帝，但不久便因父亲去世，辞职守孝。
奔赴广西
1851年（咸丰元年），大学士赛尚阿赴广西镇压太平军。江忠源也被征调到军中，深受副都统乌兰泰的器重。后来，江忠源回乡召集乡兵五百人，组建楚勇，并由弟弟江忠濬统领，奔赴广西。
当时，太平军屡破清军，兵锋极盛，见楚勇刚刚成军而且人马较少，便出兵攻打。江忠源起初坚守不出，后趁太平军逼近，突然出击，斩首数百，后累功至同知直隶州，获赐花翎。
后来，太平军攻陷永安（今广西蒙山），不久被清军围困。当时，提督向荣主张围城必阙的战法，而乌兰泰则认为应用锁围之法，二人争执不下。江忠源调解不成，知道此战清军必败，便称病回乡。
1852年（咸丰二年），太平军突围北上，进犯桂林。江忠源闻讯后，再次招募一千士卒，与刘长佑昼夜兼程，赶赴广西。这时，乌兰泰战死，江忠源得以独领一军。他并扼守鸬鹚洲，三败太平军，解桂林之围，被擢升为知府。
四月，江忠源追击太平军至全州。当时，太平军占据全州，打算沿着湘江水陆并进，北攻长沙。江忠源在蓑衣渡设下伏兵，又砍伐树木，堵塞河道，并与太平军鏖战两昼夜。南王冯云山中炮而死，太平军溃逃，辎重尽被缴获。
协守长沙
当时，江忠源请求扼守湘江东岸，但未被采纳。太平军得以从东岸进入湖南，并攻陷道州（今湖南道县）。江忠源担心太平军裹挟百姓，认为“分防不如合剿，远堵不如近攻”，于是与各路清军合攻道州，并联络城中内应，约期攻城。
这时，太平军撤离道州，转而攻陷桂阳、郴州，进犯长沙，势力再次壮大。江忠源与总兵和春前往援救时，太平军已经占领城南，昼夜攻打长沙。江忠源见太平军占据地势较高的天心阁，惊道：“贼军占据此处，长沙危险了。”于是率死士夺回天心阁。
后来，江忠源见弟弟江忠济由郴州赶到长沙，便约定夹击太平军，被伏兵击伤小腿。湖南巡抚张亮基将江忠源迎入城中，询问守城方略。江忠源道：“官军四面集结，只有河西一路空虚。应派重兵扼守回龙塘，防御贼军逃窜。”张亮基深以为然。但此时长沙城内巡抚、提督、总兵有十几人，互不统属，张亮基难以调度。
十一月，太平军由回龙塘突围，攻陷岳州（今湖南岳阳），并于十二月夺取武昌。江忠源痛恨自己的主张没被采纳，不欲东去，被张亮基留在湖南。此后，江忠源剿平巴陵土匪，又调赴浏阳，镇压徵义堂会匪周国虞，擢升为道员。
坚守南昌
1853年（咸丰三年），清廷命张亮基署理湖广总督，又任命江忠源为湖北按察使。江忠源深受张亮基的倚重，先后剿平通城、崇阳、嘉鱼、蒲圻的叛军，生擒叛军首领刘立简、陈百斗、熊开宇等人。咸丰帝认为江忠源忠勇可恃，便让他到向荣的江南大营帮办军务。
六月，江忠源行至九江，闻听南昌被围，便上疏朝廷，请求先援江西，并率一千三百人奔赴南昌。江西巡抚张芾将王命旗牌授予江忠源，让他指挥所有战事。江忠源烧毁城外民宅，斩杀逃兵，又亲自驻守章江门，日夜督战。
后来，太平军挖地道攻城，使得城池崩塌数十丈。江忠源斩杀登城叛军，命人用土囊将缺口堵死，后多次派死士焚毁太平军的营寨。不久，湖南援军赶到，江忠源分兵扼守樟树镇，又派罗泽南剿平泰和、万安、安福等县土匪。
当时，江忠源坚守南昌九十余日，多次击破太平军营垒、击沉敌军船只。八月，太平军撤军而去。咸丰帝为了表彰江忠源的功劳，特赐他二品顶戴。
赶赴庐州
后来，太平军退守九江，分兵扰乱湖北兴国，进犯田家镇（今属湖北武穴）。江忠源率二千兵马赴援，并率亲兵数十人先行赶到田家镇。次日，太平军猛攻田家镇，道员徐丰玉等人战死。江忠源上表自劾，被降四级留任，后升任安徽巡抚。
不久，太平军攻陷黄州、汉阳，围困武昌。江忠源沿长江进击，大败太平军，解武昌之围。后来，江忠源的部队被留在湖北，自己只率二千兵马赶赴庐州（今安徽合肥）。当时，江忠源冒雨行军，将士尽皆疲惫，自己也染病不起。行至六安时，太平军已攻陷桐城、舒城。
庐州知府胡元炜遣使告急，并谎称城中兵力、军饷充足。江忠源便不顾六安军民挽留，留下一千兵马守卫六安，带病前往庐州。十一月，江忠源抵达庐州，方知城内总共不过三千人马，而且粮草、军火短缺，但已被太平军重重围困。
江忠源虽知自己被胡元炜所骗，而且庐州难以保全，但仍不肯弃城退守。他认为胡元炜不能布置防务，又谎言贻误战机，多次斥责，并亲自驻守水西门，击退太平军的进攻。朝廷为了嘉奖江忠源，赐他霍隆武巴图鲁勇号。
城破自尽
当时，陕甘总督舒兴阿畏惧太平军兵威，不敢前进。江忠源之弟江忠濬与刘长佑也被阻拦在庐州城外五里处，难以救援。十二月，胡元炜私通太平军。太平军获知城中虚实，更加猛烈的攻城。
不久，太平军炸毁水西门，攻入庐州城中。江忠源拔刀欲自刎，被左右亲兵阻止，都司马良勋背着他逃走。江忠源猛咬马良勋的耳朵，奋力挣脱，继续与太平军交战。到达水闸桥时，江忠源已身中七处创伤，只得投入古塘，跳水自杀，时年四十二岁。
当时，布政使刘裕珍、池州知府陈源兖、同知邹汉勋、胡子雝等人一同战死，胡元炜投降。八日后，江忠源的尸体被部卒周昌迹背出，仍是面色如生。清廷得知后，追赠江忠源为总督、骑都尉兼云骑尉世职，赐谥忠烈，并将他的灵位安放在昭忠祠中。
1864年（同治三年），太平天国灭亡。清廷念及江忠源的功劳，又追赠他为三等轻车都尉世职，并在湖南、江西为他建造专祠。
