Ace Frehley fait partie d'une famille de musiciens, son père Karl Frehley et sa soeur Nancy sont pianistes, sa mère Esther jouait du piano pour les choeurs de l'église et son frère, Charley rencontre un certain succès avec son groupe de country The Bridge Band. La musique étant considérée dans la famille comme quelque chose d'assez classique, Ace et son frère commencent à voir les choses différemment avec la popularité des Beatles. À l'âge de 13 ans, Ace commence la guitare en autodidacte. À 16 ans, il voit The Who en concert et décide de se mettre plus sérieusement à son instrument.

En janvier 1973, il rejoint Paul Stanley, Gene Simmons et Peter Criss pour fonder le groupe Kiss en tant que guitariste soliste. Il sera finalement embauché après que le groupe ait auditionné une soixantaine de guitariste, entre autre (Jay Jay French de Twisted Sister, Bob Kulick de Balance, le frère de Bruce Kulick, troisième guitariste soliste de Kiss).

Il sera pour beaucoup dans l'identité sonore du groupe Kiss des années 1970. C'est lui qui dessine le logo de KISS et est à l'origine des maquillages du groupe puisqu'il sera le premier à trouver le sien, ce qui lui vaudra le surnom de "Space Ace". Puis il conseillera Paul Stanley de porter l'étoile à son oeil droit.

Compositeur mais pas chanteur sur les premiers albums du groupe, après un différend sur l'album (Destroyer 1976) où le producteur du disque Bob Ezrin le remplacera par un autre guitariste alors qu'il n'est pas présent au studio pour assurer un solo sur une chanson, les relations avec les membres fondateurs du groupe ne seront plus jamais les mêmes. Il ne composera rien sur l'album suivant (Rock and roll over 1976), et s'essayera au chant sur "Shock me" (Love Gun 1977) avec peut être une petite idée derrière la tête puisqu'il enregistrera, à partir de "Shock me", à plusieurs reprises, tous les instruments sauf la batterie sur les chansons qu'il composera dans les albums suivant !
En 1978 Ace désirant quitter Kiss, tout comme Peter Criss, le groupe décide de faire quatre albums solos. Outre qu'il soit le compositeur total de son album, Ace joue tous les instruments sur ce disque, mis à part la batterie qui est assuré par Anton Fig. De 1979 à 1981 Le style musical de Kiss s'oriente vers le disco, la pop, et un album concept.

En 1981 sur l'album "The Elder", Ace est encore confronté à un problème avec Bob Ezrin qui produit le disque. Ce dernier lui coupe certains de ses solos. En 1982, après un accident de voiture, il est remplacé pour l'enregistrement de l'album et la tournée qui suit par Vinnie Vincent puis Ace fini par quitter Kiss avant la fin de l'année 1983.

En 1984, Il est invité à jouer sur le titre "Bump and Grind" de l'album de Wendy O. Williams produit par Gene Simmons puis en 1987 il fonde son propre groupe 'Frehley's Comet'. Vers la fin des années 1990 plusieurs "best of" du Frehley's Comet sortent avec des titres inédits et des enregistrements live de chansons de Kiss chanté par Ace, ainsi qu'un album hommage à Ace Frehley (Spacewalk, A salute to Ace Frehley) par les guitaristes tels que : Scott Ian, Gilby Clarke, Dimebag Darrel, Snake Sabo, Marty Friedman, Tracii Guns, John Norum, Bruce Bouillet, Jeff Watson, le disque comprend aussi un inédit d'Ace avec Richie Scarlet.

En 1996, il participe à la reformation du groupe Kiss original. Il quitte le groupe en 2000 et est remplacé par Tommy Thayer. Il participe au concert de soutien pour les attentats du 11 septembre 2001.

Au États-Unis, Ace est surnommé le Keith Richard américain et est adulé par une grande partie des guitaristes, notamment Dimebag Darrel qui portait en hommage un tatouage d'Ace sur la poitrine.

Lors de sa dernière apparition au Rock Honors en 2006, il était accompagné sur scène par Slash, Tommy Lee, Rob Zombie, Scott Ian et Gilby Clarke pour jouer le morceau « God of Thunder » de Kiss.

Il enregistre actuellement un album solo avec Anton Fig à la batterie qui était déjà présent sur son album solo de 1978 ainsi que dans Frehley's Comet et Anthony Esposito à la basse. La sortie de l'album est prévue pour janvier 2008.

Un peu comme en 1978... avec l'album solo de Gene Simmons, "Asshole" 2004 , celui de Paul Stanley, "Live To Win" 2006 puis celui de Peter Criss, "One For All" 2007, en 2008 Ace clôturera la sortie d'un album solo pour chaque membre fondateur de KISS.