Ulrik Frederik Gyldenløve var søn af Frederik 3 og hans elskerinde, Margrethe Pape. Han deltog i Karl Gustav krigene, og blev i 1664 udnævnt til statholder i Norge, hvor han boede på Akershus. Hans første ægteskab med Sophie Urne i 1659 måtte holdes hemmeligt, da Frederik 3 ikke kunne anerkende et ægteskab med en halvkusine til Leonora Christine Ulfeldt. Han blev skilt året efter og samme år gift med Marie Grubbe, som han blev skilt fra i 1670 pga. utroskab fra hendes side. Under Skånske Krig angreb Ulrik Frederik Gyldenløve Sverige fra Norge og erobrede svenske besiddelser i Bohus, og 28. august 1677 erobrede han Marstrand og fæstningen Carlsten fra landsiden.
I Norge kaldes Skånske Krig stadig for Gyldenløvefejden.
I Danmark ejede han herregården Skjoldnæsholm og lagde navn til Gyldenløveshøj i nærheden, som er Sjællands højeste punkt.
Han solgte hurtigt palæet og byggede et nyt på på adressen Dronningens Tværgade 2. Dette palæ, som nu hedder Moltkes Palæ, indeholder en restaurant og festlokaler.
Han er begravet i Vor Frue Kirke, København.