Tanulmányait a La Fleche-i jezsuita líceumban kezdte, 1614-ben Poitiers-ba került, ahol 1616-ban jogi diplomát szerzett. Ezután Hollandiába utazott, Bredában 15 hónapon át matematikát és erődépítészetet tanult. Bredában megismerkedett Isaac Beeckman fizikussal, aki a matematika és a fizika felé fordította érdeklődését. 1619-ben hosszabb utazásra indult (Hollandia, Lengyelország, Magyarország, Ausztria és Csehország). 1626-ban visszatért Franciaországba, és három évet töltött Párizsban, ahol kapcsolatot talált kora legnagyobb elméivel. Foglalkoztatták az ezoterikus tanok is. 1629-ben Hollandiában telepedett le, ahol minden idejét tanulmányainak szentelhette. 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. Háromszor is elutazott Franciaországba, 1644-ben, 1647-ben és 1648-ban is. 1647-ben megismerkedett Blaise Pascallal. Descartes a matematikában elsősorban a geometriai munkássága miatt ismert. A descartesi koordinátarendszernek köszönhetően egy görbe algebrai egyenlettel leírható. Descartes Geometria című könyve három részre oszlik: az első kettő témája az analitikus geometria, a harmadik könyv algebrai fejtegetéseket tartalmaz. A fizikában elsősorban optikával foglalkozott: kidolgozta a fénytörés elméletét, és gyakorlati útmutatást adott a lencsék csiszolására.