Nikolaus Kopernikus syntyy 19. helmikuuta 1473 Torunissa, Veiksel-joen varrella sijaitsevassa kaupungissa Puolan pohjoisosassa. Nykyaikaisen tähtitieteen isä oli ensimmäinen eurooppalainen tiedemies, joka ehdotti, että Maa ja muut planeetat kiertävät Aurinkoa.

Kopernikus syntyi hyvin toimeentulevaan kauppiasperheeseen, ja isänsä kuoleman jälkeen hänen setänsä, josta oli pian tulossa piispa, otti pojan siipiensä suojaan. Hän sai tuon ajan parhaan koulutuksen ja hänet kasvatettiin uraa varten kanonisen (kirkollisen) oikeuden alalla. Krakovan yliopistossa hän opiskeli vapaita taiteita, muun muassa tähtitiedettä ja astrologiaa, ja sitten hänet lähetettiin monien yhteiskuntaluokkaansa kuuluvien puolalaisten tavoin Italiaan opiskelemaan lääketiedettä ja oikeustiedettä.

Opiskellessaan Bolognan yliopistossa hän asui jonkin aikaa yliopiston johtavan tähtitieteilijän Domenico Maria de Novaran kodissa. Tähtitiede ja astrologia liittyivät tuohon aikaan läheisesti toisiinsa ja niitä pidettiin tasavertaisina, ja Novara oli vastuussa astrologisten ennusteiden laatimisesta Bolognaa varten. Kopernikus avusti häntä toisinaan havainnoissa, ja Novara altisti hänet kritiikille, joka kohdistui sekä astrologiaan että ptolemaiolaisen järjestelmän näkökohtiin, joiden mukaan Maa oli maailmankaikkeuden keskipisteessä.

Kopernikus opiskeli sittemmin Padovan yliopistossa, ja vuonna 1503 hän väitteli tohtoriksi kanonisesta oikeudesta Ferraran yliopistossa. Hän palasi Puolaan, jossa hänestä tuli kirkon virkamies ja lääkäri. Vapaa-aikanaan hän omistautui tieteellisille harrastuksille, joihin kuului toisinaan myös tähtitieteellisiä töitä. Vuoteen 1514 mennessä hänen maineensa tähtitieteilijänä oli sellainen, että kirkon johtajat, jotka yrittivät uudistaa juliaanista kalenteria, kysyivät häneltä neuvoa.

1600-luvun alun Euroopan kosmologiassa katsottiin, että Maa istui paikallaan ja liikkumatta useiden pyörivien, samankeskisten pallojen keskellä, jotka kantoivat taivaankappaleita: aurinkoa, kuuta, tunnettuja planeettoja ja tähtiä. Antiikin ajoista lähtien filosofit pitivät kiinni uskomuksesta, että taivaat olivat järjestäytyneet ympyröiksi (jotka määritelmän mukaan ovat täydellisen pyöreitä), mikä aiheutti hämmennystä tähtitieteilijöissä, jotka kirjasivat ylös planeettojen usein eksentrisen liikkeen, jotka toisinaan näyttivät pysähtyvän maapallon kiertoradalleen ja liikkuvan taivaalla takaperoisesti.

Kakkosvuosisadalla jKr, Aleksandrialainen maantieteilijä ja tähtitieteilijä Ptolemaios pyrki ratkaisemaan tämän ongelman väittämällä, että aurinko, planeetat ja kuu liikkuvat pieninä ympyröinä paljon suurempien, Maata kiertävien ympyröiden ympärillä. Näitä pieniä ympyröitä hän kutsui episykleiksi, ja sisällyttämällä niihin lukuisia eri nopeuksilla pyöriviä episyklejä hän sai taivasjärjestelmänsä vastaamaan useimpia kirjattuja tähtitieteellisiä havaintoja.

Ptolemaioksen järjestelmä säilyi Euroopassa hyväksyttynä kosmologiana yli tuhat vuotta, mutta Kopernikuksen aikaan kertynyt tähtitieteellinen todistusaineisto oli saattanut jotkin Ptolemaioksen teoriat sekaisin. Tähtitieteilijät olivat eri mieltä planeettojen järjestyksestä Maasta käsin, ja juuri tähän ongelmaan Kopernikus puuttui 1500-luvun alussa.

Jossain vaiheessa vuosien 1508 ja 1514 välisenä aikana hän kirjoitti lyhyen tähtitieteellisen tutkielman, jota kutsutaan yleisesti Commentariolukseksi eli ”Pieneksi kommentaariksi” ja joka loi perustan hänen heliosentriselle (aurinkokeskeiselle) järjestelmälleen. Teosta ei julkaistu hänen elinaikanaan. Traktaatissa hän postuloi oikein tunnettujen planeettojen, myös Maan, järjestyksen Auringosta ja arvioi niiden kiertoaikoja suhteellisen tarkasti.

Kopernikukselle hänen heliosentrinen teoriansa ei suinkaan ollut vedenjakaja, sillä se loi yhtä monta ongelmaa kuin se ratkaisi. Esimerkiksi painavien esineiden oletettiin aina putoavan maahan, koska Maa oli maailmankaikkeuden keskus. Miksi ne tekisivät niin aurinkokeskeisessä järjestelmässä? Hän säilytti muinaisen uskomuksen, jonka mukaan taivaita hallitsivat ympyrät, mutta hänen todisteensa osoittivat, että edes aurinkokeskisessä maailmankaikkeudessa planeetat ja tähdet eivät kiertäneet aurinkoa ympyränmuotoisilla radoilla. Näiden ja muiden ongelmien vuoksi Kopernikus lykkäsi tärkeimmän tähtitieteellisen teoksensa De revolutionibus orbium coelestium libri vi eli ”Kuusi kirjaa taivaankappaleiden kiertokulusta” julkaisemista lähes koko elämänsä ajan. Teos valmistui noin vuonna 1530, mutta se julkaistiin vasta vuonna 1543 – hänen kuolinvuotenaan.

Teoksessa Kopernikuksen uraauurtava väite siitä, että Maa ja planeetat kiertävät Aurinkoa, johti hänet tekemään useita muita merkittäviä tähtitieteellisiä löytöjä. Samalla kun Maa kiertää aurinkoa, se hänen mukaansa pyörii akselinsa ympäri päivittäin. Maa kiertää Aurinkoa yhden vuoden ajan, ja tänä aikana se horjuu vähitellen akselinsa ympäri, mikä selittää päiväntasausten prekession. Teoksen suuria puutteita ovat muun muassa se, että hän piti aurinkoa koko maailmankaikkeuden eikä vain aurinkokunnan keskuksena, ja se, ettei hän ymmärtänyt elliptisten kiertoratojen todellisuutta, minkä vuoksi hän joutui Ptolemaioksen tavoin sisällyttämään järjestelmäänsä lukuisia epikyklejä. Ilman käsitystä painovoimasta Maa ja planeetat pyörivät edelleen auringon ympärillä jättiläismäisillä läpinäkyvillä palloilla.

Omistuksessaan De revolutionibus-teokselle – joka on erittäin tiheä tieteellinen teos – Kopernikus totesi, että ”matematiikka on kirjoitettu matemaatikoille”. Jos teos olisi ollut helpommin lähestyttävä, monet olisivat vastustaneet sen epäraamatullista ja siten harhaoppista käsitystä maailmankaikkeudesta. De revolutionibus pysyi vuosikymmenien ajan tuntemattomana kaikille muille kuin kaikkein kehittyneimmille tähtitieteilijöille, ja vaikka useimmat näistä miehistä ihailivat joitakin Kopernikuksen väitteitä, he hylkäsivät hänen heliosentrisen perustansa. Vasta 1600-luvun alussa Galilei ja Johannes Kepler kehittivät ja popularisoivat kopernikaanisen teorian, mikä johti Galilein osalta oikeudenkäyntiin ja tuomioon harhaoppisuudesta. Isaac Newtonin 1600-luvun lopulla tekemien taivaanmekaniikkaa koskevien töiden jälkeen kopernikaanisen teorian hyväksyminen levisi nopeasti ei-katolisiin maihin, ja 1700-luvun lopulla se oli lähes yleisesti hyväksytty.