约翰内斯·开普勒出生于神圣罗马帝国的一座小型自由城镇魏尔德施塔特，父亲为海因里希·开普勒，母亲为卡塔琳娜·古尔登曼。体弱多病与动荡的家庭生活锻造了他的自律，而早期教育则显露出非凡的数学天赋。

在符腾堡的童年时期，他被带去观看1577年大彗星，这一广受讨论的现象动摇了旧有的亚里士多德式观念。那次震撼的天象以及后来目睹的日月食，点燃了他对天空真实物理性质的终生兴趣。

开普勒进入阿德尔贝格的修道院学校，接受严格的路德宗教育训练，拉丁文、逻辑与数学是核心课程。这条教育路径原本旨在培养神职人员，却也让他习得精确推理能力，后来在天文学研究中大放异彩。

在蒂宾根大学，开普勒研习神学与数学，并从迈克尔·迈斯特林处学习更高深的天文学。迈斯特林私下讲授日心体系思想，开普勒的理解力使他确信以太阳为中心的宇宙更符合几何上的优雅。

开普勒在格拉茨的路德宗学校任数学教师，并担任施蒂里亚的省级数学官。他编制历书与占星预报，这是当时数学家的常规工作，同时也在低调地追问更深层的宇宙结构问题。

他出版《宇宙的奥秘》，提出已知行星间距体现嵌套的柏拉图立体与神圣几何。尽管模型并不正确，但这是一份大胆的公开辩护，使日心体系获得更严肃的讨论，并把他带入欧洲的科学交流网络。

在奥地利内地新教与天主教冲突加剧之际，开普勒与寡妇芭芭拉·米勒结婚。家庭责任与政治压力使稳定研究更为困难，但他仍坚持写作，并与多位顶尖天文学家通信往来。

应第谷·布拉赫之邀，他前往合作，使用当时欧洲最精确的行星测量数据。两人的合作并不融洽，但获得火星数据成为开普勒新行星理论至关重要的实证基础。

第谷·布拉赫去世后，皇帝鲁道夫二世任命开普勒为帝国数学家，负责天文表与宫廷相关工作。他继承了第谷的观测遗产，也承担起将原始测量转化为可预测天文学的重任。

开普勒在布拉格细致研究1604年明亮的“新星”，后来被称为开普勒超新星。他记录其变化并主张其位于恒星天之中，从而削弱了“天界永恒不变且完美”的传统主张。

他以近乎执拗的投入处理第谷的火星观测数据，最终认识到圆形轨道无法达到所需精度。由此得出火星绕日轨道为椭圆且太阳位于一焦点，并发现行星在相等时间内扫过相等面积。

在《新天文学》中，开普勒基于第谷·布拉赫的测量与对天体原因的物理化理解，提出行星运动的前两条定律。书中严谨论证将几何与观测紧密相连，成为走向现代天体力学的关键转折点。

开普勒的《屈光学》解释了透镜如何形成影像，并阐述了开普勒式望远镜设计背后的光学原理。他把天文学与视觉生理联系起来，为后来的仪器制作者与天文学家提供了广泛采用的工具与概念。

政治不稳与逐步走向三十年战争的危机迫使开普勒迁至林茨。他在那里担任上奥地利的省级数学官，同时继续长期的行星天文表编制与数学著述工作。

在恐惧与宗派暴力弥漫的环境里，卡塔琳娜·开普勒被指控施行巫术，约翰内斯展开细致的法律辩护。他撰写论证、递交请愿并周旋于地方法庭，最终在长期监禁后促成母亲获释。

在《宇宙的和谐》中，开普勒追求宇宙以数学和谐呈现的理念，将音乐、几何与天文学相连。他在书中公布第三定律，把公转周期与到太阳的距离关联起来，以简洁比例关系展现巨大的预测能力。

开普勒出版《鲁道夫天文表》，这是一项重要的计算成就，使行星位置的预测精度远超旧表。它建立在第谷·布拉赫的数据与开普勒定律之上，成为欧洲航海、历法与天文预报的关键工具。

开普勒前往雷根斯堡，试图谈判拖欠已久的款项，并在三十年战争的艰难时期寻求支持。他在当地患病去世，留下的成果后来使牛顿得以统一天体与地面物理学。