Brahe kam am 14. Dezember 1546 als Sohn einer reichen Familie zur Welt. Er begann zunächst ein von seinem Onkel finanziertes Jurastudium, interessierte sich aber schon bald weniger für die irdischen Gesetze als für die des Himmels. Die Sonnenfinsternis vom 21. August 1560, die Brahe als 13-Jähriger beobachtete, begeisterte ihn für die Astronomie. Fortan widmete er sich nachts den Sternen und tagsüber den Vorlesungen. Mit 16 Jahren machte Brahe seine ersten dokumentierten Beobachtungen, mit denen er Voraussagen der kopernikanischen Tafeln um mehrere Tage korrigierte.
Zu internationalem Ansehen verhalf dem jungen Astronom aber erst seine Entdeckung eines vermeintlich neuen Sterns in der Konstellation Cassiopeia am 11. November 1572. In Wahrheit hatte Brahe die gleißende Explosion einer sterbenden Sonne beobachtet, eine Supernova. Doch das Auftauchen eines „neuen“ Sterns am für unveränderlich gehaltenen Firmament erschütterte das Bild von der perfekten Harmonie der Himmelssphären gründlich. Seine Veröffentlichung darüber brachten dem 26-Jährigen europaweiten Ruhm.
Der dänische König Frederik II. überließ Brahe drei Jahre später die Insel Ven im Sund zwischen Dänemark und Schweden. Dort erbaute Brahe sein Observatorium Uraniborg, benannt nach der Muse der Astronomie. Auf Uraniborg, das dank der von Brahe selbst entworfenen Instrumente zu einem der wichtigsten europäischen Observatorien seiner Zeit wurde, begann er sein eigentliches Lebenswerk, die Präzisionsbeobachtung der Fixsterne. Mit mehr als 777 exakten Sternpositionen hatte er schließlich den ersten Sternenkatalog der modernen Astronomie zusammengetragen, den er aber nicht mehr veröffentlichte.
Obwohl Brahe mit Frederik II. freundschaftlich verbunden war, hegte er vermutlich kein großes Interesse am höfischen Leben seiner Zeit. Durch die Heirat mit der Bauerstochter Kirstine sorgte er für einen Skandal in Adelskreisen. Mit Frederiks Nachfolger Christian IV. überwarf sich der Astronom schließlich und verlor die Förderung für sein Observatorium.
Im Zwist mit Kirche, König und Adel verließ Brahe schließlich Dänemark und kam über Umwege 1599 nach Prag zu Kaiser Rudolf II. Kurz vor seinem Tod machte er dort seine letzte große Entdeckung: Als Schüler und Assistenten holte Brahe den später berühmten Astronomen Johannes Kepler.
