Op 23 juni 1743 werd Adolf Frederik gekozen als troonopvolger; via de familielijn van zijn moeder stamde hij af van het Huis Wasa (tot Catharina Wasa terug). Na het overlijden van Frederik I in 1751 besteeg hij de troon. Zijn officiële naam was koning Adolf I Frederik van Zweden, maar hij staat bekend als koning Adolf Frederik. Op 26 november 1751 werd hij gekroond. Voor zijn troonsbestijging was hij prins-bisschop van Lübeck. Deze titel droeg hij sinds 1727, hij regeerde toen ook over de gemeente Eutin. Hij was ook de regent van Holstein-Kiel tijdens de minderjarigheid van Karel Peter Ulrich, die later als Peter III de tsaar van het Keizerrijk Rusland was.
Om zijn populariteit onder de Zweedse bevolking te bevorderen, ondernam Adolf Frederik meerdere reizen door verschillende landsdelen van Zweden. Het lukte hem niet om meer macht naar zich toe te trekken ten koste van de invloedrijke Rijksraad. Als gevolg daarvan ondernamen enkele vertrouwelingen van zijn vrouw Louisa Ulrika van Pruisen en aanhangers van de zogenaamde hofpartei in 1756 een koninklijke revolte. Deze poging mislukte en verschillende bondgenoten van het koningspaar werden op het schavot ter dood gebracht. Adolf Frederik bleef koning, maar met zeer geringe invloed. De resterende tijd tot aan zijn dood in 1771 werd gekenschetst door voortdurende strijdigheden tussen de politieke partijen.
Koning Adolf Frederik stierf op 12 februari 1771 aan de gevolgen van een beroerte. Er wordt aangenomen dat dit een gevolg was van spijsverteringsproblemen. Na het eten van kreeft, kaviaar, zuurkool, gerookte haring en champagne tijdens een weelderige maaltijd, at hij 14 porties van zijn favoriete gerecht als dessert, een semla gevuld met warme melk, amandelpasta en room. Bij Zweedse schoolkinderen staat hij bekend als de koning die zichzelf dood at.