Nacque a Weil der Stadt, presso Stoccarda. Iniziati gli studi a Adelberg e a Maulbronn, nel 1584 si recò all'Università di Tubinga, dove fu allievo del copernicano Michael Maestlin (1550-1631). Dal 1594 insegnò a Graz. La ricerca quasi mistica della necessità geometrica del sistema copernicano lo portò a esporre nel Mysterium cosmographicum (Tubinga, 1596) una struttura cosmologica dove le sfere dei pianeti erano iscritte e circoscritte ai cinque poliedri regolari. L'abilità matematica di Kepler attirò l'interesse di Tycho Brahe (1546-1601). Al 1599 risale il loro primo incontro. Obbligato a lasciare Graz per motivi religiosi, nel 1600 Kepler raggiunse Brahe a Praga per aiutarlo nel definire il suo sistema geo-eliocentrico. Nel 1601, alla morte di Brahe, Kepler gli subentrò nella carica di matematico dell'imperatore Rodolfo II (1552-1612). Con la carica ereditò i dati astronomici raccolti da Brahe in più di vent'anni d'osservazioni. Un decennio di studi sui dati relativi a Marte permise a Kepler di scoprire che le orbite planetarie erano ellissi e che esse erano percorse dai pianeti con velocità areolare costante. Kepler formulò queste sue due prime leggi nell'Astronomia nova (Praga, 1609). Al 1610 risale la Dissertatio cum Nuncio sidereo (Praga), dove Kepler applaudì le scoperte astronomiche di Galileo Galilei (1564-1642). Nella Dioptricae (Augsburg, 1611) si dedicò invece all'ottica delle lenti convesse e concave. Giunse così a concepire un cannocchiale astronomico composto da due lenti convesse, diverso da quello galileiano. Nel 1612, in seguito alla cacciata dei luterani da Praga, Kepler si recò a Linz. Vi pubblicò nel 1619 la Harmonice mundi dove, associando a ogni pianeta adeguati intervalli musicali, esponeva la propria concezione dell'armonia celeste. Nell'opera Kepler formulava anche la sua terza legge sulla relazione intercorrente fra i semidiametri delle orbite dei pianeti e i loro periodi di rivoluzione. Approfondì ulteriormente le proprie concezioni astronomiche nell'Epitome astronomiae copernicanae (Linz, 1621). Ispirato dal De magnete (Londra, 1600) di William Gilbert (1540-1603), Kepler introduceva fra i pianeti e il Sole forze di tipo magnetico per spiegare sia la forma ellittica delle orbite sia il modo in cui esse erano percorse. Nel 1627 stampò a Ulm le Tabulae Rudolphinae, dedicate a Rodolfo II, che applicavano alla previsione pratica dei moti planetari le tre leggi escogitate.