Грецькі міфи називають Агамемнона одним з героїв Троянської війни, ватажком грецького війська.
Батько Агамемнона - Атрей, мати - Аеропи. Атрей, микенский цар, був убитий Егісфом, після чого Агамемнона і його братові Менелая довелося покинути місто і бігти в Етолія. Але скоро вони відновили свою владу завдяки допомозі царя Спарти Тиндарея, який заступився за них. Агамемнон одружився на Клитеместре, дочки Тиндарея, і став правити Мікенам. Дружина народила йому трьох дочок і сина Ореста.
Військові подвиги Агамемнона найбільш докладно описуються в «Іліаді» Гомера. Але з цього ж твору можна дізнатися і про негативні якості царя: зарозумілості, упертості, несправедливості.
Після того як Паріс викрав Олену, дружину Менелая, колишні женихи цієї красуні об'єдналися в військо і вирушили у військовий похід на Трою. Агамемнона як старшого брата обманутого чоловіка вибрали ватажком, але негативні якості його характеру послужили причиною багатьох нещасть, що сталися не тільки з самим Агамемноном, але і з його військом. Наприклад, одного разу цар підстрелив на полюванні лань і голосно заявив, що його влучності повинна заздрити сама богиня полювання Артеміда. Почувши це, Артеміда розлютилася і наслала на флот Агамемнона лютий вітер. Кораблям так і не вдалося вийти з Авліді. Довелося Агамемнонові приборкати свою гординю і принести Артеміді в жертву свою дочку Іфігенію.
Воїни прийшли до стін Трої, але не змогли увійти в місто. Тоді вони почали розоряти околиці, що призвело до нових бід. Агамемнон викрав дочку Хриса, жерця Аполлона. Батько пропонував викрадачеві великий викуп, але цар відмовився повернути її. Хрис звернувся за допомогою до Аполлона, і той наслав на воїнів моровицю. Після того як відкрилися причини хвороби, Ахілл зажадав повернення дівчини батькові. Агамемнон повернув її, але замість цього привласнив собі полонянку Брисеиду, яка по праву військовий трофей дісталася Ахілла. Після цього Ахілл відмовився вести військові дії, і троянці завдали армії греків величезної шкоди.
Грекам все ж вдалося виграти війну: вони увійшли в місто і розорили його, після чого відправилися в зворотний шлях. Дорога Агамемнона в Мікени найбільш детально роз'яснюють в епічній поемі «Повернення», написаної в VII столітті до н. е. і не збереглася до наших днів, а також у творі Стесіхора під назвою «Орестея».
Ці твори розповідають про те, що Агамемнон в результаті військового походу на Трою отримав скарби і Кассандру, дочку останнього троянського царя. Але на батьківщині він знайшов смерть. Один з найбільш древніх міфів розповідає про те, що Агамемнон загинув від руки одного зі своїх ворогів, Егісфа. За час відсутності царя Егісф спокусив його дружину і вирішив завоювати престол, усунувши суперника. Егісф вбив Агамемнона прямо на святковому бенкеті. Пізніше, приблизно в середині VI століття до н. е. набула поширення інша легенда, згідно з якою сама Клитеместра вбила чоловіка, помстившись таким чином за смерть дочки, яку Агамемнон приніс у жертву богині Артеміді. Дружина зустріла Агамемнона з удаваною радістю, нічим не видаючи своїх почуттів. Пізніше, коли цар знаходився в ванні, Клитеместра накрила його важким покривалом і три рази вдарила мечем.