Pochodził ze starego szlacheckiego rodu, wychowany u jezuitów w La Flèche (1606-1614), później naukę kontynuował w Paryżu. Studiował tam m.in. inżynierię wojskową. W roku 1616 uzyskał tytuł naukowy z dziedziny prawa na Uniwersytecie w Poitiers.
W 1618 zaciągnął się do armii holenderskiej, gdzie spotkał Izaaka Beekmana, który przedstawił mu wiele nowych teorii matematycznych. Z wdzięczności Kartezjusz napisał dla niego kompendium muzyczne, opublikowane dopiero w 1650 roku. Brał udział jako żołnierz w wyprawach wojennych w Holandii, następnie pod Tillym w Niemczech. Z rozmyślań na zimowej kwaterze nad Dunajem w roku 1619 wyniósł niezachwiane przekonanie, iż tylko to, co da się poznać „jasno i wyraźnie” („clair et distinct”), za prawdę uważać należy.
Kartezjusz zajmował się też optyką, chemią, mechaniką, anatomią, embriologią, medycyną, astronomią i meteorologią. Wywarł wielki wpływ na filozofię i naukę następnych stuleci.
Od roku 1621 zwiedził jako żołnierz pół Europy, przejściowo przebywając także w Paryżu.
Studiował prawo i medycynę. W 1625 powrócił do Francji, gdzie w Paryżu zaczął studiować i skierował swe zainteresowania ku naukom matematycznym i fizycznym.
Od roku 1628 żył w Holandii w ukryciu, zmieniając mieszkanie dwanaście razy. W Holandii spędził 16 lat swego życia, odwiedzając Francję trzykrotnie. W roku 1629 zaczął wykładać na Uniwersytecie we Franeker.
W 1649 przyjął zaproszenie królowej szwedzkiej Krystyny do Sztokholmu, która chciała pod jego kierunkiem studiować filozofię i skorzystać z jego rad przy organizowaniu szwedzkiej akademii nauk. Królowa wyznaczyła mu godzinę swoich korepetycji na piątą rano, a odbywały się one w nieogrzewanej sali. Nie mogąc znieść ostrego klimatu, filozof zmarł w roku następnym. Przyczyną śmierci były komplikacje przy leczeniu przeziębienia, które przybrało śmiertelną postać zapalenia płuc. Ze względu na nietypowe w ostatnim stadium choroby zachowanie pacjenta nadworny lekarz szwedzkiej królowej Johann van Wullen miał wątpliwości, czy śmierć Kartezjusza była wynikiem naturalnych okoliczności[1]; hipoteza ta nie jest jednak obecna w klasycznych opracowaniach dot. życia filozofa.
Kartezjusz nigdy się nie ożenił, jednak z krótkotrwałego związku ze służącą Helene Jans miał córkę Francine (1635-1640).
Miejscowość urodzenia Kartezjusza, La Haye-en-Touraine, w XIX w. została przemianowana na La Haye-Descartes a od r. 1969 nazywa się Descartes.
