Pochádzal z kupeckej rodiny v meste Toruň, kde sa narodil 19. februára 1473. Keďže v meste bola v tom čase nemecká väčšina, predpokladá sa, že rodové korene prinajmenšom po matke mal nemecké. Po otcovej smrti sa 10-ročného chlapca ujal matkin brat Lukas Watzenrode, od roku 1489 warminský biskup. Vďaka nemu sa dostal na štúdiá matematiky a astronómie na univerzite v Krakove, práva v Bologni a Ferrare a medicíny v Padove.
Po návrate sa stal osobným lekárom warminského biskupa vo Fromborku, kde sa zapojil do reformy kalendára a svoje návrhy poslal do Vatikánu.
V roku 1514 si za 175 hrivien striebra kúpil jednu z bášt mestského opevnenia, v ktorej si zriadil observatórium a študoval staré spisy. Zaujali ho myšlienky antického filozofa Aristarcha zo Samu, ktorý žil v 3. stor. pred n. l. Ten sa pokúsil vypočítať vzdialenosť Zeme od Mesiaca i Slnka a tvrdil, že Zem a ďalšie planéty obiehajú okolo Slnka. Vyhlásili za bezbožníka, keďže táto jeho teória protirečila Aristotelovmu učeniu. Kopernik na základe vlastných pozorovaní dal Aristarchovi za pravdu a začal písať knihu „De Revolutionibus Orbium Coelestium“.
V roku 1533 sa Kopernikove názory dostali do uší pápeža Klemensa VII. Pre Kopernika nastali ťažké časy. Biskup ho obvinil s konkubinátu, nariadil mu prepustiť gazdinú, ktorú označil za jeho milenku, vyhnal ju z mesta a pripravoval kanonický proces. „Ten hlupák chce prevrátiť celé umenie astronómie!“ vyjadril sa v roku 1539 nelichotivo na adresu Kopernika Martin Luther. „Ale ako uvádza Písmo sväté, Jozue kázal zastaviť sa Slnku, nie Zemi!“ Našťastie, Kopernik si rýchlo získal aj priaznivcov. Norimberský teológ Andreas Osiander mu poradil, aby v úvode knihy zdôraznil, že ide o hypotézu. Najoddanejší Kopernikov žiak Georg Joachim von Lauchen, nazývaný Rheticus, vzal Kopernikov rukopis do Norimbergu, kde ho vydal pod názvom „De Revolutionibus orbium coelesticum libri VI.“
Cirkev jeho teóriu spočiatku nebrala vážne. Až v roku 1616 sa Kopernikovo dielo dostalo na Index zakázaných kníh katolíckej cirkvi. Stalo sa tak potom, čo kardinál Bellarmine, žalobca Galileiho, vyhlásil, že „Zem je veľmi ďaleko od neba a sedí nehybne v strede sveta“. V roku 1822 rozhodla príslušná komisia, že „tlačiť a vydávať knihy pojednávajúce o pohybe Zeme a pokoji Slnka podľa všeobecného názoru novších hvezdárov v Ríme je dovolené“. Napriek tomu Kopernikovo dielo bolo na Indexe až do roku 1834.
Mikuláš Kopernik zomrel vo Fromberku 24. mája 1543. Traduje sa, že prvý výtlačok svojej revolučnej knihy dostal len niekoľko hodín pred smrťou. O tom, kde boli uložené jeho telesné pozostatky, sa viedli a vedú spory. Zrejme vo fromborskej katedrále pri oltári, kde 3. novembra 2005 objavili archeológovia lebku, ktorá by mohla patriť Mikulášovi Kopernikovi. O tri roky neskôr švédski vedci porovnali DNA vlasov, ktoré našli v jeho knihe, a DNA jeho zubu a dosvedčili, že ide skutočne o slávneho astronóma.