Er war der Sproß eines alten und bedeutenden Berner Ratsgeschlechts. Ab 1723 studierte Haller zuerst in Tübingen, dann in Leyden Medizin und Naturwissenschaften. Nach dem Studium, bei dem er sich eine umfassende geistes- und naturwissenschaftliche Bildung angeeignet hatte, ließ er sich 1729 als praktizierender Arzt in seiner Geburtsstadt nieder. 1736 erhielt Haller eine Professur für Anatomie, Chirurgie und Botanik an der Universität Göttingen. Er gründete dort eine Anatomie, eine Geburtsklinik, einen botanischen Garten, eine Zeichenakademie und die „Sozietät der Wissenschaften“, deren Präsident er zeitlebens blieb. Ab 1747 leitete er die Herausgabe der „Göttingischen Gelehrten Anzeigen“. Von 1743 bis 1754 gab er die „Anatomischen Tafeln“ und 1747 das Lehrbuch „Einführung in die Physiologie“ heraus, in denen er seine in vielen Leichensektionen und Tierversuchen gewonnenen Erkenntnisse verarbeitete. Im Jahre 1753 kehrte Haller nach Bern zurück. In den Jahren 1757 bis 1782 veröffentlichte Haller sein achtbändiges Hauptwerk über Physiologie, Anatomie, Chirurgie und praktische Medizin „Elementa physiologiae corporis humani“. Außer diesen naturwissenschaftlichen Schriften schrieb er auch philosophische Lyrik (u. a. 1732 „Die Alpen“) und im Alter politische Romane. Nach seinem Tod erschien das „Tagebuch seiner Beobachtungen über Schriftsteller und über sich selbst“ (1787). Für seine naturwissenschaftlichen Verdienste war Haller 1749 in den Reichsadelsstand erhoben worden.