1876年冬，黄建勋作为福州船政第一批留学生出洋留学。1877年春，先抵法国，又转赴英国学习化学、力学等科。是年年底，上英国铁甲舰“伯乐罗芬”号实习，任见习二副，1879年，“伯乐罗芬”号舰长阿武里对黄建勋的实习成绩甚为赞许，并发给“学行优美”证书。实习结束后，黄建勋继续留在英国深造，研习枪炮攻守战术。1880年4月，学成归国，充任福州船政学堂驾驶教习。
1881年，黄建勋因教练学生有功，补守备，加
都司衔。同年7月，
李鸿章搜罗海军人才，闻黄建勋学有专长，便调至北洋，充任大沽水雷营管带。1882年3月，奉命署理“镇西”炮舰管带。不久，朝鲜内乱，日本趁机干涉，
丁汝昌率舰护送吴长庆部东渡援朝，黄建勋被实授“镇西”管带，随对赴朝。事平后，以功保升都司，赏戴花翎。1887年4月，调任“超勇”快船管带。1889年，海军衙门成立，设左翼右营参将，以黄建勋署理。1891年，李鸿章巡阅
北洋水师，黄建勋因训练有功，加
副将衔。
1894年9月17日，
北洋水师和
日本联合舰队在黄海展开大战，日本海军以游击队四艘战舰攻击北洋水师阵脚的“扬威”、“超勇”二艘弱舰，黄建勋“为人慷慨，尚侠义，性沈毅，出言憨直，不作世俗周旋之态，而在军奋励，往往出人头地”。在他指挥下，全舰官兵无不誓死作战，但“超勇”毕竟是舰龄十余年的老舰，终究敌不过日本游击队的四艘主力舰，激战中“超勇”舰中弹甚多，特别是一敌弹击穿舱内，引起大火，刹那间“超勇”全舰被黑烟笼罩，由于“超勇”舰是木质舰身，舱内起火无法施救，不久就右舷倾斜，难以行驶，最终被烈火焚没。黄建勋落水后，“左一”鱼雷艇驶近相救，抛长绳援之，不就而没，时年43岁。