흔히 대담하고 획기적인 생각을 코페르니쿠스적 발상이라고 부른다. 그만큼 코페르니쿠스의 이론은 당시의 우주관에서 볼 때 충격적이었다. 태양과 별이 지구를 중심으로 움직이는 것이 아니라 사실은 지구가 돌고 있다는 우주 체계는 가히 혁명적인 것이었고, 인류 역사상 가장 큰 변혁으로 불리는 "과학혁명"의 시작을 알리는 것이기도 했다.

폴란드의 토룬지방에서 부유한 상인의 아들로 태어난 그는 10세에 아버지를 잃고 신부였던 외삼촌 밑에서 자랐다. 1491년 신부가 되기 위해 크라코프 대학에 입학하였고, 철학교수인 불제프스키에게서 수학과 천문학 강의를 들었는데, 프톨레마이오스의 우주관인 천동설(태양을 비롯한 우주가 지구를 중심으로 움직인다는 설)에 문제가 있음을 알게 되었다.

그 후 이탈리아에 유학, 볼로냐대학에서 그리스어를 공부한 후, 철학과 천문학을 공부하였으며, 파도바대학에서 의학과 교회법을 익히고, 1506년 귀국하였다. 귀국 후, 하일스베르크에서 빈민들에게 의술을 베풀어 큰 명성을 얻었기도 하였다.

1512년에 외삼촌이 죽자, 그 뒤를 이어 프라우엔부르크성당의 신부로 취임하였다. 그때부터 야간에 옥상의 관측대에서 스스로 만든 관측기를 이용하여 천체관측을 시작하였다. 관측은 정밀하지는 않았으나, 태양을 중심으로 하는 행성체계를 구축해 나가기에는 충분했다.

1514년에는 교회력 개정을 위한 종교회의에 참석할 것을 요청받았지만 거절하였는데, 교황청의 공인교리인 천동설에 이의를 제기하다가는 이단으로 몰려 파문을 당할 수 있기 때문에 피하려 한 것으로 짐작된다.

그가 지동설을 착안하고, 그것을 확신하게 된 시기가 언제인지는 명확하지 않으나 그의 저서 《천체의 회전에 관하여 Derevolutionibus orbium coelestium》(전4권)는 1525∼1530년 사이에 집필된 것으로 추측되고 있으며, 다만 출판을 주저한 것은 종교적으로 이단자가 된다는 당시의 상황을 고려한 때문일 것으로 추측된다.

사후에 출간된 이 책에서 그는 지구와 태양의 위치를 바꿈으로써 지구가 더 이상 우주의 중심이 아님을 천명했는데, 이것은 당시 누구도 의심하지 않던 천동설에 정면으로 도전한 것이었고, 이 도전은 지구가 우주의 중심이라고 생각했던 중세 우주관을 붕괴시키는 결과를 가져왔다.

그는 자주 이렇게 말하곤 하였다. “우주는 질서정연하신 창조주께서 우리를 위해 만드신 것이다.” 그리고 그의 묘비에는 “주님 저는 사도 베드로에게 주신 은혜를 구하지 않습니다. 바울에게 주신 은혜를 구하지도 않습니다. 다만 십자가 곁에 있었던 강도에게 주신 은혜를 구할 뿐입니다.”라고 써 있다. 위대한 과학자의 가장 큰 소망은 하나님의 은총이었던 것이다.