開普勒身殘意志力卻很頑強，1587年開普勒考進了蒂賓根大學，主修哲學和神學，并且還學習了數學與天文學的課程。在大學他遇到秘密宣傳哥白尼學說的天文學教授麥斯特林，在他的影響下，開普勒很快成為哥白尼學說的忠實維護者，1591年獲得文學碩士學位。1594年受聘于奧地利的格拉茨路德派高中任數學教師。

開普勒對天文學有濃厚的興趣，花了大部分的時間學習天文學的知識，并研究有關各個行星與太陽之間距離問題，在1596年因出版了《宇宙的神秘》一書，受到著名的天文學家第谷的賞識，被邀請到布拉格附近的天文臺做研究工作。1600年開普勒到布拉格成為第谷的助手。次年第谷去世，第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測資料全部交給了開普勒，再三叮囑開普勒要繼續他的工作，并將觀察結果出版出來。開普勒接過了第谷尚未完成的研究工作，也接替了第谷的職位，被聘為皇帝的數學家。然而皇帝對他十分慳吝，給他的薪俸僅僅是第谷的一半，還時常拖欠不給。他的收入還不足以養活年邁的母親和妻兒，因此生活非常困苦。但開普勒卻從未中斷過科學研究，就是在這種艱苦的環境下，他在天文學方面取得了許多重要的成果�！�

早期開普勒深受柏拉圖和畢達哥拉斯神秘主義宇宙結構論的影響，用數學的和諧性去探索宇宙。他的科學思想中充滿了所謂數字神秘主義的色彩，他特別驕傲的是他早期的“發現”，即行星軌道的數目、大小及其順序與五種（而且只有五種）規則的幾何體的存在之間有著直接的關系。在他最偉大的發現中，有一項是他幸運地根除了一個重要的數學誤差的影響而獲得的，不過，他是用另一個誤差來抵消第一個誤差的影響的。后來他在伽利略的影響下，通過對行星運動進行深入的觀察和研究，逐步走上了科學探索真理的道路 。雖然開普勒的視力不佳，但他還是作了不少觀測工作。1604年9月30日在蛇夫座附近出現一顆新星，最亮時比木星還亮。開普勒對這顆新星進行了17個月的觀測并發表了觀測結果。歷史上稱它為開普勒新星(這是一顆銀河系內的超新星)。

開普勒研究天體運動是從對火星軌道的研究開始的。因為在第谷留下的數據資料中火星的資料最豐富，而哥白尼的理論在火星軌道上的有很一些偏離。開始開普勒用正圓編制火星的運行表，但是依照這個方法來預測衛星的位置，卻與第谷的數據不符，產生了8分的誤差，發現火星老是出軌。開普勒知道第谷的實驗數據是可信的，那么錯誤究竟出在哪兒呢？開普勒敏感的意識到火星的軌道并不是一個圓周，他大膽的拋棄了長期以來人們認為天體是以“勻速圓周運動”的觀念。在進行了無數次的試驗后，他找到了與事實較為符合的方案。這8分的誤差相當于秒針0.02秒瞬間轉過的角度。在進行了多次觀察后，開普勒終于發現這個曲線就是古希臘數學家早以研究過的橢圓；同時也發現每個行星都沿著橢圓軌道運行，他還用三角定點法測出地球的軌道也是橢圓，斷定它運動的線速度跟它與太陽的距離有關。 這就是行星運動的第一運動定律----軌道定律。正是這個不容忽略的8分偏離，使開普勒走上了天文學改革的道路。

后來他又通過計算發現：行星到太陽的連線（失徑）在單位時間里掃過的面積是不變的。這樣就得出了關于行星運動的第二條定律----面積定律：“行星的向徑在相等的時間內掃過相等的面積�！边@兩條定律，刊登于1609年出版的《新天文學》一書。書中他還指出，這兩條定律同樣適用于其他行星和月球的運動。 

 但是開普勒并沒有滿足于此，他認為只有找到各個行星運動的統一關系之后，才能夠構造一個太陽系的整體模型，從而揭示出宇宙的和諧與一致。他花了大量的時間計算與分析行星與太陽的距離a和行星公轉周期T之間的關系。經過10 年的努力，做了大量反復的觀察和計算后，終于發現了行星運動的第三條定律：“行星公轉周期的平方等于軌道半長軸的立方�！�

這一結果發表在1619年出版的《宇宙和諧論》中。開普勒開創了用數學公式表達定律的開先河。行星運動三定律的發現為天文學奠定了基礎，開普勒的工作為牛頓發現萬有引力定律作了運動學的準備，導致數十年后萬有引力定律的發現。

第谷的觀察整整持續了30年，他使用了精密的儀器，有明確的對象與完整的記錄，就是說他的觀察是完整和有效的。但是如何把隱藏在數據中規律挖掘出來，需要有比較多的數學知識。第谷只善于收集信息，可他并不善于進行數據分析。就像開普勒說的那樣：“第谷是一個‘百萬富翁’，但是他不會用這些財富”。而開普勒是在第谷30年收集的觀測數據的基礎上，使用數學這個有利的工具，經過17年的艱苦努力，進行了大量數據分析與計算之后，最終發現了行星的三大運動定律，這也與他的數學直覺是有很大關系。

開普勒的天文學，完全是根據這一學科的目的、方法和基本原理對它進行的一次全面的重建。在開普勒以前，天文學家的目標純粹是攝影式的，也就是說，他們的目的是要創建一種（以一個圓套一個圓為基礎的）天體幾何學，這種幾何學給出的行星的位置是與觀察相一致的。開普勒要找出運動真正的物理原因，亦即運動的理由，而不僅僅是去發明或完善幾何系統。因為他認為，太陽是這里所說的動力的中心，太陽肯定位于宇宙的中心。因此，真正的太陽——而不是哥白尼的“平太陽”——位于所有行星軌道平面共同的交叉點。

開普勒關心的是，在對軌道、對勻速運動等等完全沒有任何隨意的或有限制力的限定的情況下，借用數學來找出由太陽的作用力所致的實際的行星軌道的曲線（大小、形狀、方向）。經過一番辛苦的努力他發現，每一顆行星都是在呈橢圓形的、簡單凸曲線的軌道上運動。對大多數行星而言（水星除外），其橢圓形軌道的形狀與純圓形相差不大，但是，太陽并非位處中心，甚至不是處在接近中心的位置上；情況很像是這樣，有一個圓形軌道（或者說，準圓形的橢圓軌道），而太陽明顯地不在它的中心上（或者說是偏離中心的）。開普勒還發現，行星沿著橢圓軌道的運動，并非是勻速的，而是直接與面積定律相吻合的。這個定律同時解釋了為什么每個行星在近比點（或在靠近太陽的軌道上）運動得很快，而在遠日點（遠離太陽的地方）卻運動得很慢。

開普勒為天文學的發展提出了一個革命性的綱領。因為他是一位喜歡反思的人，他較為詳實地記錄了他的思想觀點和方法的發展過程。他在《新天文學》中，他非常審慎而詳細地闡述了他的思想革命和信仰革命的各個時期；他把錯誤的計算結果也都記了下來，這樣，讀者就可以了解到他的思想和計算的演變過程，這些發展變化導致他最終拋棄了傳統的圓周運動天文學，并且開始探索其他類可能的軌道的曲線。雖然讀者會對后面一頁又一頁對開紙上陷入絕境的計算感到厭煩，但開普勒提醒自己不要忘了他靠手算完成這些計算吃了多少苦。在得到了答案后，他把它們付樣出版了。隨著他的主要著作——或《宇宙的奧秘》（1596）、《新天文學》（1609）、《魯道夫星表》（1627）、或《宇宙和諧論》（1619）以及《哥白尼天文學概要》（1618－162）等的出版，一場思想革命完全變成了論著中的革命，書已出版，誰都可以閱讀和利用。

開普勒的三大定律，精確的描述了行星運動的真實軌跡，被人們稱為天空的立法者。

1630年開普勒因為已經幾個月沒有領到薪水，經濟非常困難，不得不親自前往雷根斯堡索取�？伤麆偟侥抢锞烷_始發高燒，幾天后1630年11月15日他在貧病交困中去世了。他死時，除一些書籍和手稿之外，身上僅剩下了7分尼（1馬克等于100分尼）。

開普勒所處的年代正值歐洲從封建主義社會向資本主義社會轉變的時期，他用自己長期研究的成果與神權的迷信觀點做斗爭，使人類的科學向前跨進了一大步。馬克思高度評價了開普勒的品格，稱他是自己所喜愛的英雄。