Enfant fragile, Kepler commence par étudier la théologie et les sciences humaines avant de se consacrer entièrement à l'astronomie. A l'université de Tübingen, il a pour professeur de mathématiques Michael Maestin qui enseigne l'ancien système de Ptolémée, mais aussi celui de Nicolas Copernic Kepler adopte immédiatement les théories de Copernic. En 1596, il publie son premier traité intitulé Mysterium Cosmographicum. Il y fait une présentation détaillée des orbites planétaires qu'il suppose à tort circulaires. Il tiendra longtemps à cette idée pourtant controversée.

Vers 1600, Kepler est obligé de fuir à Prague suite à des persécutions religieuses. C’est maintenant la période la plus féconde de l'existence de Kepler : en 1609, il publie Astronomia Nova dans lequel il formule deux des lois du mouvement planétaire qui ont immortalisé son nom. Selon la première, l'orbite de chaque planète est une ellipse dont l'un des foyers est occupé par le soleil ; la seconde, la "règle des aires", précise que le mouvement d'une planète est tel que la ligne imaginaire reliant le soleil et cette planète balaie des aires égales pendant des durées égales. En 1612, Kepler devient astronome de l'empereur Mathias de la Haute-Autriche et est nommé professeur de mathématiques à Linz. Il publie le Harmonice Mundi en 1619 contenant la dernière des lois sur le mouvement planétaire : la "loi des périodes" selon laquelle pour toutes les planètes, le rapport du cube du demi-grand axe de la trajectoire et du carré de la période est une constante fixe pour toutes les planètes. A la même époque sort l'Epitome Stronomiae Copernicanae (1618-1621), rassemblant toutes les découvertes en un seul livre. Il rédige en 1627 sa dernière grande œuvre : les Tabulae Rudolfinae, en hommage à Rodolphe II, son ancien protecteur. Ces tables, comme l'ensemble des ouvrages de Kepler, resteront le matériel de base de tous les astronomes pendant plus d'un siècle.