1643年1月4日，在英格蘭林肯郡小鎮沃爾索浦的一個自耕農家庭裡，牛頓誕生了。牛頓是一個早產兒，出生時只有三磅重，接生婆和他的親人都擔心他能否活下來。誰也沒有料到這個看起來微不足道的小東西會成為一位震古爍今的科學巨人，並且竟活到了85歲的高齡。牛頓出生前3個月父親便去世了。在他2歲時，母親改嫁給一個牧師，把牛頓留在外祖母身邊撫養。11歲時，母親的後夫去世，母親帶著和後夫所生的一子二女回到牛頓身邊。牛頓自幼沉默寡言，性格倔強，這種習性可能來自他的家庭處境的影響。大約從5歲開始，牛頓被送到公立學校讀書。少年時的牛頓並不是神童，他資質平常，成績一般，但他喜歡讀書，喜歡看一些介紹各種簡單機械模型製作方法的讀物，並從中受到啟發，自己動手製作些奇奇怪怪的小玩意，如風車、木鐘、摺疊式提燈等等。
牛頓12歲時，進了離家不遠的格蘭瑟姆中學。牛頓的母親原希望他成為一個農民，但牛頓本人卻無意於此，而酷愛讀書。隨著年歲的增大，牛頓越發愛好讀書，喜歡沉思，熱愛做科學小實驗。他在格蘭瑟姆中學讀書時，曾經寄宿在一位藥劑師家裡，這使他受到了化學試驗的薰陶。牛頓對自然現象有好奇心，例如顏色、日影四季的移動，尤其是幾何學、哥白尼的「日心說」等等。他還分門別類地記讀書筆記，又喜歡別出心裁。從這些平凡的環境和活動中，還看不出幼年的牛頓是個才能出眾異於常人的兒童。1661年，19歲的牛頓以減費生的身份進入劍橋大學三一學院就讀，靠為學院做雜務的收入支付學費，1664年，成為獎學金獲得者，1665年，獲學士學位。17世紀中葉，劍橋大學的教育制度還滲透著濃厚的中世紀經院哲學的氣味，當牛頓進入劍橋時，那裡還在傳授一些經院式課程，如邏輯、古文、語法、古代史、神學等等。兩年後三一學院出現了新氣象，盧卡斯創設了一個獨闢蹊徑的講座，規定講授自然科學知識，如地理、物理、天文和數學課程。講座的第一任教授伊薩克·巴羅是個博學的科學家。
這位學者獨具慧眼，看出了牛頓具有深邃的觀察力、敏銳的理解力，於是將自己的數學知識，包括計算曲線圖形面積的方法全部傳授給牛頓，並把牛頓引向了近代自然科學的研究領域。在這段學習過程中，牛頓掌握了算術、三角，讀了克卜勒的《光學》、笛卡兒的《幾何學》和《哲學原理》、伽俐略的《兩大世界體系的對話》、胡克的《顯微圖集》，還有皇家學會的歷史和早期的哲學學報等。牛頓在巴羅門下的這段時間，是他學習的關鍵時期。巴羅比牛頓大12歲，精於數學和光學，他對牛頓的才華極為讚賞，認為牛頓的數學才能超過自己。後來，牛頓在回憶時說道:「巴羅博士當時講授關於運動學的課程，也許正是這些課程促使我去研究這方面的問題。」1664年，牛頓被選為巴羅的助手，第二年，劍橋大學評議會通過了授予牛頓學士學位的決定。
1665年—1666年，嚴重的鼠疫席捲了倫敦，劍橋離倫敦不遠，唯恐波及，學校因此而停課，牛頓於1665年6月離校返鄉。在家鄉居住的兩年中，牛頓以比此後任何時候更為旺盛的精力從事科學創造，並關心自然哲學問題。他的三大成就:微積分、萬有引力、光學分析，其思想都是在這時孕育成形的。可以說此時的牛頓已經開始著手描繪他一生大多數科學創造的藍圖。牛頓一般不願意發表他的研究成果。早在1669年，他就在他的大多數著作裡對基本概念作了系統的闡述，但是他的許多學說卻在很久以後才公開發表出來。他公布的第一個發現是有關光的性質，是一項突破性的貢獻。牛頓經過一系列認真試驗，發現普通光是彩虹所有的不同色光的混合光。他還對光的反射和折射定律的結果做了認真的分析，根據這兩個定律，1668年，他設計並真正製造出了第一臺反射望遠鏡，如今大多數天文臺都使用這類望遠鏡。牛頓29歲時，把他的這些發現及其許多其他光學試驗結果呈交給英國皇家學會。
僅憑光學方面的成就或許就可以使牛頓在歷史中佔有一席之地，但是他在這方面的成就比起他在數學或力學方面的成就來，那就微不足道了。他對數學的貢獻主要是發明了積分，這一成就可能是他在二十三四歲時作出的，這一發明是當代數學中最偉大的成就，它不僅僅是許多現今數學學說產生的種子，而且也是必不可少的重要工具，沒有這一工具，現代科學在隨後可能就不會取得進展。但是牛頓最重要的發現是在力學方面，力學是研究物體運動的科學。伽俐略發明了「第一運動定律」，這一定律描述在沒有外力的作用下物體運動的情形。當然，在現實中所有的物體都受外力作用，力學中最重要的問題是這種情況下物體怎樣運動。牛頓提出的著名的「第二運動定律」，解決了這個問題，這一定律可能被理所當然地視為經典物理學中最基本的定律。他的第二定律(其數學表達式為F=ma)可表述為:物體運動的加速度(即速度變化率)，與作用在該物體上的合力成正比，與物體的質量成反比。除了這兩個定律外，牛頓又提出了著名的「第三運動定律」(這定律可表述為，有作用力即外力就必然有反作用力，且兩者大小相等方向相反)和他的科學定律中最著名的定律——「萬有引力定律」。
這四條定律一起構成一個統一的體系，實際上所有的宏觀力學體系都可以利用這一體系來加以研究和預測，從單擺的振動到行星繞日在其軌道上的運動都用得上。牛頓不僅提出了這些力學定律，而且還利用積分這一數學工具說明了如何利用這些基本定律來解決實際問題。牛頓定律可以而且已被用來解決極其廣泛的科學和工程學方面的問題。牛頓在世時，他的定律中最有戲劇性的應用是在天文學領域裡。他在這個領域裡也處於領先地位。1687年，發表了他的偉大著作《自然哲學的數學原理》(人們通常只稱作《原理》)，在該書中他提出了「萬有引力定律」和「運動定律」，並說明如何利用這些定律來準確預測行星繞日的運動。牛頓的這一壯舉圓滿地解決了動力天文學的主要問題，即準確預測星體與行星的位置和運動，因此，牛頓常被認為是所有的天文學家之魁。應該怎樣評價牛頓在科學中的重要地位呢?如果我們翻閱一部科學百科全書的索引，就會看到提到牛頓及其定律和發現的條目比任何其他一個科學家都要多(也許多二到三倍)。
況且我們還要考慮其他偉大的科學家對牛頓的評價，萊布尼茲絕不是牛頓的朋友而是與他有過唇槍舌劍之爭的對手，他寫道:「從有世以來，到牛頓所處的時代，他在數學領域所做的工作佔了整個的絕大部分。」偉大的德國科學家拉普拉斯寫道:「《原理》一書比任何其他天才的作品都出類拔萃。」拉格朗日常說，「牛頓是曾經出現過的最偉大的天才。」厄恩斯特·馬赫在1901年寫道:「自從牛頓時代以來所取得的一切成就都是牛頓力學在演繹上、形式上和數學上的進展。」這也許說出了牛頓偉大成就的關鍵所在:他發現科學是一門由孤立的事實和定律構成的雜學，它能描述一些現象，但只能預測幾種現象，他為我們留下了一個統一的定律體系，這個體系能解釋大量的物理現象，能用來作準確的預測。牛頓的研究領域非常廣泛，他除了在數學、光學、力學等方面作出卓越貢獻外，還花費大量精力進行化學實驗。他常常六個星期一直留在實驗室裡，不分晝夜地工作。他在化學上花費的時間並不少，卻幾乎沒有取得什麼顯著的成就。為什麼同樣一個偉大的牛頓，在不同的領域取得的成就竟那麼不一樣呢?其中一個原因就是各個學科處在不同的發展階段。在力學和天文學方面，有伽俐略、克卜勒、胡克、惠更斯等人的努力，牛頓有可能用已經準備好的材料，建立起一座宏偉壯麗的力學大廈。
正像他自己所說的那樣「如果說我看得遠，那是因為我站在巨人的肩上」，而在化學方面，因為正確的道路還沒有開闢出來，所以牛頓沒法走得太遠。牛頓在臨終前對自己的生活道路是這樣總結的:「我不知道在別人看來，我是什麼樣的人;但在我自己看來，我不過就像是一個在海濱玩耍的小孩，為不時發現比尋常更為光滑的一塊卵石或比尋常更為美麗的一片貝殼而沾沾自喜，而對展現在我面前的浩瀚的真理的海洋，卻全然沒有發現。」當然，牛頓也並不是一個完人。晚年的牛頓開始致力於對神學的研究，他否定哲學的指導作用，虔誠地相信上帝，埋頭於寫以神學為題材的著作。當他遇到難以解釋的天體運動時，竟提出了「神的第一推動力」的謬論。他說「上帝統治萬物，我們是他的僕人而應敬畏他、崇拜他」。1727年3月20日，偉大的艾薩克·牛頓逝世。1942年，愛因斯坦為紀念牛頓誕生300周年而寫的文章，對牛頓的一生作了如下的評價:「只有把他的一生看作為永恆真理而鬥爭的舞臺上一幕才能理解他。」
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