Er studierte Rhetorik, Philosophie, Jura und Astronomie. Ab 1572 – in jenem Jahr entdeckte er in der Kassiopeia einen neuen Stern – widmete er sich ganz der Astronomie. Er errichtete auf der Sundinsel Ven die Sternwarte Uranienborg, für die er in eigener Werkstatt Instrumente herstellte. Sie ermöglichten ihm die ersten regelmäßigen und langfristigen Sternbeobachtungen Europas. Er stellte den ersten Katalog mit etwa 1 000 Fixsternen auf. Nach Unstimmigkeiten mit Christian IV. (1577–1648) verließ er Dänemark und wurde 1599 in Prag Hofastronom Kaiser Rudolfs II. (1552–1612). Brahe fand in Kepler hier einen Gehilfen, der, anknüpfend an Brahe, die Gesetze über die Planetenbewegung entdeckte.