开普勒在幼年的时候，体弱多病。他十二岁时，进入修道院学习。１５７８年，在大学校园中遇到秘密宣传哥白尼学说的天文学教授麦斯特林。在麦斯特林的影响下，开普勒成为哥白尼学说的忠实维护者。１５９４年，他去奥地利格拉茨的一所高级中学担任数学教师。在那里，他开始研究天文学。
当时，还没有高倍望远镜。为了能够准确地观测到天体运动，开普勒自己亲自动手，制作了一架高倍清晰的望远镜。虽然他视力不佳，但是，他坚持每天观测天象，从来没有放弃过，同时，他还坚持做观测记录，并对观测记录进行分析研究。
１６０４年９月３０日，开普勒在“蛇夫座”的附近，发现了一颗新的星体。这颗星体，在最亮的时候，比木星还要亮。出于一种敏感，对这颗新的星体，开普勒进行了长达十七个月的追踪观测，然后发表了他的观测结果。这颗新星，在历史上被称为开普勒新星，这实际上是一颗银河系内的超新星。１６０７年，开普勒观测到了一颗更大的彗星，这就是后来有名的哈雷彗星。
开普勒不但自己亲自观测天体，还对前人留下的各种天文学资料进行分析、研究。开普勒经过反复推算，他发现了“火星沿着椭圆形轨道绕太阳运行，太阳处于焦点之一的位置”这一定律。
接着，他又发现，虽然火星运行的速度是不均匀的，但是，从任何一点开始，在单位时间内，它的向径扫过的面积却是不变的，即“行星的向径，在相等时间内扫过相等的面积。”
１６１２年，开普勒在观测及研究中，又发现了，“行星公转周期的平方等于轨道半长轴的立方。”
开普勒的这三大发现，就是有名的“开普勒三定律”。这三大定律，对于天文学和物理学，都是一场伟大的革命。
然而，开普勒虽然对天文学作出了卓越的贡献，可是，他的一生却是在极端艰难贫困的条件下度过的。１６３０年，他有几个月都没得到薪俸，经济很困难，他不得不亲自前往雷根斯堡索取。到那里后，他突然发烧，几天后就于贫病交加中去世。