Como apaixonado pelos astros, Kepler estuda, durante os seus anos de universitário, os modelos celestes da altura (o modelo heliocêntrico de Copérnico e o modelo geocêntrico de Ptolomeu), tornando-se grande defensor do modelo heliocêntrico e participando em várias discussões entre alunos.
Durante alguns anos trabalha como professor universitário em Graz, na Áustria, onde começa a publicar diversos trabalhos sobre astronomia sendo o seu primeiro grande trabalho o Mysterium Cosmographicum, onde aborda o modelo heliocêntrico, e tenta encontrar o plano geométrico de Deus para o Universo.
Visto que esta é uma época em que a Inquisição está bastante activa, o apoio de Kepler à teoria heliocêntrica e outras ideias por si expostas levam a que o Santo Ofício exercesse uma crescente pressão sobre ele. Numa tentativa de escapar a estas pressões, Kepler muda-se para Praga onde trabalha como assistente de Tycho Brahe. Tycho possuía observações extremamente detalhadas de Marte e desempenhava a função de matemático imperial e, apenas um ano após o começo do seu trabalho para Tycho, Kepler vê-se na posse de ambos: o posto de matemático imperial e os dados recolhidos ao longo de tantos anos. Estes dois factores permitem-lhe desenvolver o seu trabalho sobre a órbita dos planetas com informação extremamente detalhada, assim como levam a que adquira uma estabilidade financeira que até aí não possuía.
Após anos a estudar a informação de Tycho, Kepler conclui que a órbita desse planeta seria elíptica, ao contrário da órbita circular até aí aceite. Com esta nova informação foi-lhe possível teorizar que todos os planetas teriam uma órbita elíptica com o Sol num dos focos desta. Esta será uma das “Leis de Kepler”, juntamente com outras duas.
Ao longo dos anos Kepler publica vários trabalhos relacionados com a mecânica celeste, assim como estudos na área da óptica.
Em 1623, Kepler publica Tabulae Rudolphinae, um catálogo das estrelas e planetas observados por ele e com informação das observações de Tycho Brahe. Este é considerado o seu maior trabalho sendo também o seu último. A 15 de Novembro de 1630, em Regensburg, Kepler morreu.