约翰·开普勒生于德国南部的瓦尔，父亲是军人。1574年，开普勒3岁时患上了天花。这致使他的手与眼都留下了轻度的残疾。为了生计，开普勒进入杜宾根大学学习神学，在他老师那里接触了哥白尼的日心说，成为日心说的拥护者。毕业后，他的大多数同学都去当牧师了，而开普勒却到了奥地利，当上了格拉茨大学的数学和天文学讲师。
讲师是很贫穷的，开普勒只好依靠他的天文学知识编制迷信的占星术历书来养家糊口。
开普勒有出众的数学才华，从小酷爱数学，总想在自然界寻找数量的规律性。毕达哥拉斯学派对开普勒的自然观影响十分巨大。哥白尼体系又具备简单和谐的数学美，他探测六大行星的轨道大小之间的数字，结果为宇宙中只有六颗行星找到了几何学证据。这个证明构想就是被第谷所赏识的《宇宙的神秘》。也正是由于第谷的观测，开普勒才提出了行星运动的规律。当然，《宇宙的神秘》提出的观点是错误的，但是这展示了作者的才华。
1600年，开普勒同第谷一道工作，他在实际的数据基础上发现以前的构想虽然美妙但不符合事实。
第谷在去世前毫无保留地留下了全部珍贵的资料，委托开普勒绘制星表。开普勒整理第谷的遗作，在此基础上进行了进一步的研究。
开普勒在编制星表时发现，无论用哥白尼体系还是托勒密体系推算出的行星位置，和第谷长期的观测结果相比较，都不是完全相吻合的。差别并不很大，只有8分大小的角度，即1度的13%左右。这个角度十分微小，但开普勒并没有放过此处差异，开始深入考察。
对于这个小差别，开普勒这样说过：“感谢上帝赐给我们一位像第谷这样的天才观测者，这8分误差是不应该忽略的，它使我走上改革整个天文学的道路。”
开普勒首先选中了火星为突破口。他经过4年的观测和计算，发现传统的偏心圆方法始终解决不了问题。他发现，火星绕太阳的运动在单位时间扫过的面积是一个固定的数值，这说明火星的轨道速度并不均匀，但面积是均匀的，离太阳远时，速度变小；离太阳近时，速度变大，这就是开普勒第二定律。
终于，开普勒发现，火星的轨道不是正圆，而有些像鸡蛋，最后，他想到了椭圆。椭圆在希腊时期已经被阿波罗尼研究得十分细致了，很快，开普勒确定了火星轨道是椭圆。
1618年，《哥白尼天文学概论》出版了。开普勒把椭圆形推广到所有行星，公布了第三定律：行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。
椭圆打破了完美圆周匀速运动的传统观念，但开普勒不同意布鲁诺的无限观，他废除了水晶天球，保留了恒星天球。
开普勒真正的工作动力是上帝的数学的和谐。他深信上帝是依照完美的数的原则创造世界的，所以根本性的数学和谐就是天体的音乐。正因为如此，他追求的不是合理解释为什么或怎么样，而是描绘上帝的图景。他发现了三大定律，但为什么行星会按这三条定律运动呢？维持太阳系和谐秩序的原因是什么？
开普勒曾经这样说过：“月球被地球牵引着，反之月球也吸引着地球上的海水(潮汐)。从太阳那里，有一只看不见的巨大的手，伸向行星，拉着这些行星跟太阳一起旋转。”如果从这里深入研究，就可以发现万有引力，但可惜开普勒与最重要的万有引力擦肩而过。
开普勒行星运动三大定律是：一、行星运行的轨道是椭圆，太阳在其一个焦点处。二、太阳中心与行星中心间的连线在轨道上所扫过的面积与时间成正比例。三、行星在轨道上运行一周的时间的平方与其至太阳的平均距离的立方成正比例。
就这样，天空中的行星按照以上三条规律所描述的轨道运转，人们称开普勒为“天空立法者”，把三大定律称为“开普勒定律”。
开普勒完成了第谷的心愿，制作了当时最完备的行星运动表。这个星表几乎一百多年没有变，天文学家和航海学家使用这个星表，准确定位，十分顺利。此星表被开普勒命名为《鲁道夫星表》。
开普勒还收到伽利略的望远镜，支持伽利略的理论。开普勒一生贫困，虽然是宫廷天文学家，但常常领不到薪水。1612年，鲁道夫二世去世，新国王几乎完全拖欠了开普勒的薪金。1630年11月15日，开普勒去索要拖欠了近20年的薪水，染伤寒病而与世长辞。
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