A közép-franciaországi Touraine megye La Haye nevű városában (ma: Descartes) született 1596. március 31-én. Római katolikus nemesi családból származott, apja Bretagne tartományi bíróságán töltött be tanácsnoki tisztet. Anyja korán meghalt, így nevelése anyai nagyanyjára és egy nevelőnőre maradt. 1606-ban a La Fleche-i jezsuita kollégiumba ment, ahol a klasszikus ismeretek mellett zenét, költészetet, táncot, lovaglást és vívást is tanult. 1614-ben Poitiers-ba került, ahol két évvel később jogi diplomát szerzett. Ezután a németalföldi Bredában 15 hónapon át matematikát és erődépítészetet tanult, sőt még a holland hadseregbe is beállt, gondolván, hogy ott soha nem kell hadakoznia. Egy évvel később kitört a harmincéves háború, amely 1620-ban Miksa bajor herceg katolikus seregéhez sodorta. A küzdelmekben azonban valószínűleg nem vett részt: a katonai életet haszontalannak, erkölcstelennek és ostobának tartotta.
Beutazta viszont Észak- és Dél-Európát – ahogy ő mondta, tanulmányozta a világ könyvét –, ebben az időben vélhetően Magyarországon is járt.
1626-ban visszatért Franciaországba, és három évet töltött Párizsban, ahol kapcsolatot talált kora legnagyobb elméivel. Foglalkoztatták az ezoterikus tanok is, követte a rózsakeresztesek életcéljait és szokásait (magányosan élt, gyakran változtatta lakhelyét, fizetség nélkül gyógyított), a rózsakeresztesek mágikus, misztikus hitét azonban elvetette.
1628-ban írta latin nyelven első nagy művét Szabályok az értelem vezetésére címmel, amelyet azonban nem fejezett be, s a művet csak 1701-ben adták ki. 1629-ben Hollandiában telepedett le, ahol minden idejét tanulmányainak szentelhette. Becsvágya óriási volt: meg akarta magyarázni „a Természet minden jelenségét” – ahogy 1629 végén írta Marin Mersenne szerzetes matematikusnak, akit tréfásan Descartes párizsi helytartójának is neveztek. 1632-ben francia nyelven hatalmas mű írásába kezdett Le Monde (A Világ) címmel, amelyben a világegyetemet és szemlélőjét, az embert akarta bemutatni. 1633 novemberében azonban, hallva Galilei elítéléséről, lemondott tervéről, a műnek csak töredéke jelent meg 1664-ben Tanulmány az emberről címmel. 1635-ben Helena Janstól lánya született, a kislány ötévesen meghalt skarlátban.
1637-ben három nagy tanulmányt tett közzé a fénytörésről, egyes légköri jelenségek mechanisztikus magyarázatáról, valamint az analitikus geometria kifejtéséről Dioptrika, Légköri jelenségek és Geometria címmel. E három mű bevezetése az Értekezés a módszerről, amely a világirodalom egyik legsajátosabb műve.
Mikor a tavaszi virágokkal együtt Descartes is előbújt odújából, filozófiai rendszere félig készen is volt. Az Értekezés szellemi önéletrajz, fejlődésükben mutatja be Descartes vizsgálódásait a megismerés filozófiai megalapozásáról és módszeréről, az emberi magatartás szabályairól, a tudományok egységéről és gyakorlati hasznáról. E művében szerepel híres és sokat idézett mondata: „cogito ergo sum – gondolkodom, tehát vagyok”. Az Értekezést francia nyelven írta, hogy mindenki – a nőket is beleértve – elolvashassa, és képes legyen értelmét a maga céljaira használni.
1641-ben írta meg latin nyelven az Elmélkedések a metafizikáról című munkáját, amelyben ismeretelméleti problémákat próbált tisztázni. A mű francia fordítása, amelyet maga Descartes ellenőrzött, 1647-ben jelent meg Párizsban. Ekkoriban ismerkedett meg Erzsébet pfalzi hercegnővel, a trónját vesztett cseh király leányával, neki írta híres leveleit az erkölcsről, s neki ajánlotta latin nyelvű nagy összefoglaló művét, A filozófia alapelveit is. Ebben azon nézetének adott hangot, hogy az ember két eltérő szubsztancia – elme és test – egyesülése, s a kettő a tobozmirigyben lép egymással kölcsönhatásba. Sőt azt is kifejtette, hogy az embert sajátos érzelmi reakciókra késztethetik tapasztalásai. Ő például azért vonzódott a kancsal nőkhöz, mert gyermekkorában volt egy kancsal játszótársa, amikor azonban felidézte magában ezt a tényt, megszabadult e különös szenvedélyétől. Ez a felismerés alapozta meg Descartes-nál a szabad akarat védelmét s annak hirdetését, hogy az elme képes a test ellenőrzésére.
1644-ben, majd 1647-48-ban rövid időre visszatért Franciaországba, ám amikor kitört a Fronde, a nemesség lázadása a korona ellen, ismét Hollandiába utazott. Innen 1649 szeptemberében Krisztina svéd királynő meghívására Stockholmba hajózott, ott azonban a szokatlan életrend (Descartes rendesen délelőtt 11 előtt nem kelt fel, Stockholmban viszont hajnali 5-kor talpon kellett lennie) és a zord éghajlat miatt 1650. február 1-jén tüdőgyulladást kapott, s tíz nap múlva meghalt.
