哥白尼1473年2月19日出生于波兰维斯杜拉河畔的托伦市的一个富裕家庭。

哥白尼从小受到良好的学校教育，喜欢观察天象。他常常独自仰望繁星密布的夜空。有一次，哥哥不解地问哥白尼：“你整夜守在窗边，望着天空发呆，难道这表示你对天主的孝敬？”哥白尼回答说：“不。我要一辈子研究天时气象，叫人们望着天空不害怕。我要让星空跟人交朋友，让它给海船校正航线，给水手指引航程。”

1496年，23岁的哥白尼来到文艺复兴的策源地意大利，在博洛尼亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学。博洛尼亚大学的天文学家徳·诺瓦拉（de Novara，1454-1540）对哥白尼影响极大，在他那里学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。后来在费拉拉大学获宗教法博士学位。哥白尼作为一名医生，由于医术高明而被人们誉名为“神医”。哥白尼成年的大部分时间是在费劳恩译格大教堂任职当一名教士。哥白尼并不是一位职业天文学家，他的成名巨著是在业余时间完成的。

在意大利期间，哥白尼就熟悉了希腊哲学家阿里斯塔克斯（前三世纪）的学说，确信地球和其他行星都围绕太阳运转这个日心说是正确的。他大约在40岁时开始在朋友中散发一份简短的手稿，初步阐述了他自己有关日心说的看法。哥白尼经过长年的观察和计算终于完成了他的伟大著作《天体运行论》。他在《天体运行论》（De revolutionibus orbium coelestium）中观测计算所得数值的精确度是惊人的。例如，他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒，比现在的精确值约多30秒，误差只有百万分之一；他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍，和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。

1533年，60岁的哥白尼在罗马做了一系列的讲演，提出了他的学说的要点，并未遭到教皇的反对。但哥白尼深知发表日心说的后果，这样写到：“我清楚地知道，一旦他们弄清楚我在论证天体运行的时候认为地球是运动的，就会竭力主张我必须为此受到宗教裁判……”，“他们就会大叫大嚷，当即把我轰下台。”因此，哥白尼迟迟不愿意发表他的著作《天体运行论》。直到1539年春天，在德国青年学者雷迪卡斯（1514—1576年）和其他一些朋友的敦促下，哥白尼才同意发表。1541年秋天，雷迪卡斯把修改稿带到纽伦堡，请路德派的一位神学家奥幸德匿名撰写一篇前言，宣称“这部书不可能是一种科学的事实，而是一种富于戏剧性的幻想”。在这样的情况下，才于1543年3月出版，从写成初稿到出版，前后竞搁置了近“四个九年”。1543年5月24日去世的那一天，哥白尼才收到出版商寄来的书。