요하네스 케플러는 신성 로마 제국의 작은 제국자유도시 바일 데어 슈타트에서 하인리히 케플러와 카타리나 굴덴만의 아들로 태어났다. 허약한 건강과 격동적인 가정사는 그의 규율을 빚었고, 어린 시절의 교육은 뛰어난 수학적 재능을 드러냈다.

뷔르템베르크의 어린 소년이었던 그는 1577년 대혜성을 보러 데려가졌고, 이는 오래된 아리스토텔레스적 관념에 도전한 화제로 널리 논의되었다. 그 장관은 이후의 일식 등과 함께 하늘이 실제로 어떻게 움직이는지에 대한 평생의 매혹을 불러일으켰다.

케플러는 아델베르크의 수도원 학교에서 엄격한 루터교 교육 과정을 시작했으며, 라틴어·논리학·수학이 교육의 중심이었다. 이 과정은 성직자 양성을 목표로 했지만, 훗날 그의 천문학을 떠받친 정밀한 추론 능력도 함께 길러 주었다.

튀빙겐 대학교에서 케플러는 신학과 수학을 공부하며 미하엘 매스틀린에게서 고급 천문학을 배웠다. 매스틀린은 비공식적으로 태양중심설을 가르쳤고, 케플러는 태양을 중심에 둔 우주가 기하학적 우아함에 더 잘 부합한다고 확신하게 되었다.

케플러는 그라츠의 루터교 학교에서 수학교사로, 또한 슈타이어마르크의 지방 수학자로 일하는 자리를 받아들였다. 그는 당시 수학자에게 요구되던 달력 제작과 점성 예보를 수행하는 한편, 더 깊은 우주론적 질문을 조용히 추구했다.

그는 『우주론의 신비』를 출간하며, 알려진 행성들의 간격이 플라톤 입체의 중첩과 신성한 기하에 의해 설명된다고 제안했다. 이 모형은 옳지 않았지만, 태양중심설을 공개적으로 옹호한 대담한 시도였고 그를 유럽의 과학 네트워크에 소개하는 계기가 되었다.

내오스트리아에서 개신교와 가톨릭 당국 사이의 종교적 갈등이 격화되는 가운데, 케플러는 과부였던 바르바라 뮐러와 결혼했다. 가정의 책임과 정치적 압박은 안정적인 연구를 어렵게 했지만, 그는 집필과 주요 천문학자들과의 서신 교류를 이어갔다.

티코 브라헤의 초청을 받아 그는 프라하 근교로 가서 당시 유럽 최고 수준의 정밀한 행성 관측값을 다루게 되었다. 두 사람의 협업은 순탄치 않았지만, 특히 화성 자료에 대한 접근은 케플러의 새로운 행성 이론을 세우는 결정적 경험적 토대가 되었다.

티코 브라헤가 사망한 뒤, 황제 루돌프 2세는 케플러를 황실 수학자로 임명해 천문표 편찬과 궁정 업무를 공식적으로 맡겼다. 그는 티코의 관측 유산과 함께, 원자료를 예측 가능한 천문학으로 바꾸어야 하는 책임을 이어받았다.

케플러는 프라하에서 1604년에 나타난 눈부신 ‘새별’을 면밀히 연구했는데, 이는 훗날 케플러의 초신성으로 알려졌다. 그는 그 변화를 기록하고 그것이 고정별들 사이에 있다고 주장함으로써, 하늘은 변하지 않고 완전하다는 견해를 약화시키는 데 기여했다.

티코의 화성 관측 자료를 집요하게 다루던 케플러는 원 궤도로는 요구되는 정밀도로 데이터를 맞출 수 없다는 결론에 이르렀다. 그는 화성이 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 따른다는 것과, 행성이 같은 시간 동안 같은 면적을 쓸어간다는 법칙을 찾아냈다.

『신천문학』에서 케플러는 티코 브라헤의 측정값과 천체 원인에 대한 물리적 관점을 바탕으로 행성 운동의 첫 두 법칙을 제시했다. 이 책의 치밀한 논증은 기하와 관측을 결합했고, 근대 천체역학으로 향하는 전환점을 마련했다.

케플러의 『굴절학』은 렌즈가 상을 형성하는 방식을 설명하고, 케플러식 망원경 설계의 광학 원리를 제시했다. 그의 분석은 천문학을 시각의 생리와 연결했고, 이후의 기기 제작자와 천문학자들이 널리 채택한 도구와 개념을 제공했다.

정치적 불안과 30년 전쟁으로 이어지는 위기가 커지면서 케플러는 린츠로 거처를 옮겨야 했다. 그는 그곳에서 상오스트리아의 지방 수학자로 봉직하며, 행성표와 수학 저술에 관한 장기 작업을 계속했다.

공포와 종파적 폭력이 만연한 분위기 속에서 카타리나 케플러는 마녀로 고발되었고, 요하네스는 꼼꼼한 법적 변론을 맡아 싸웠다. 그는 논거를 작성하고 청원을 관리하며 지방 법정을 오가며, 장기간의 투옥 끝에 어머니가 풀려나도록 돕는 데 기여했다.

『세계의 조화』에서 케플러는 우주가 수학적 조화를 드러낸다는 생각을 따라 음악·기하·천문학을 엮어 탐구했다. 그는 공전 주기와 태양으로부터의 거리 사이의 관계를 나타내는 제3법칙을 발표했으며, 이는 단순하지만 막대한 예측력을 지닌 비례 관계였다.

케플러는 『루돌프 표』를 출간해 이전의 표보다 훨씬 정확한 행성 위치를 제공하는 큰 계산 성과를 이뤘다. 티코 브라헤의 자료와 케플러의 법칙을 바탕으로 한 이 표는 항해, 역법, 천문 예측에 필수적인 도구가 되어 유럽 전역에서 쓰였다.

케플러는 오랫동안 밀린 급여를 협상하고 30년 전쟁의 고난 속에서 후원을 확보하기 위해 레겐스부르크로 이동했다. 그는 그곳에서 병을 얻어 세상을 떠났고, 그의 업적은 훗날 아이작 뉴턴이 천상과 지상의 물리를 통합하는 데 밑바탕이 되었다.