哥白尼全名尼古拉·哥白尼（Nicolas Copernicus），1473年2月19日誕生於波蘭托倫的一個富商之家。10歲喪父後，由其一位兼任主教的叔父撫養。其後多年在波蘭的文化中心克拉科夫學習數學和繪畫。1496年起哥白尼到義大利遊歷，10年內先後在波洛尼亞、帕多瓦和斐拉拉三所大學攻讀醫學和宗教法規。在波洛尼亞期間，哥白尼與該校天文學教授迪·諾瓦拉（de Novara）有密切的接觸，後者正是在自然哲學中復興畢達哥拉斯思想的領袖。
當時的義大利是歐洲文藝復興的中心，學者們向古希臘的遺產汲取思想的源泉，並在自由的氛圍里對諸多現存的僵化學說和制度提出批評和挑戰。在天文學上，托勒密的學說就是這樣一種被批評的對象，人們討論它的錯誤和改進它的可能性。
為了更準確地描述和預測行星的運動，托勒密的後繼者們引入了越來越多的本輪，其體系的複雜程度大大背離了畢達哥拉斯派的柏拉圖主義所追求的數學上的簡單和完美性。哥白尼在思想上傾向於畢達哥拉斯派，認為天體應該有簡單、完美的運動，也應該有簡單、完美的數學描述。在哥白尼看來，托勒密體系在這一點上還不能算「合格」。所以他想到如果宇宙的中心是太陽而不是地球，那麼對天體運行的理解和描述就可能會簡單得多。
1505年哥白尼返回波蘭，任弗洛姆布克天主教堂的教士。在繁雜的行政事務工作之餘，他開始思考如何把宇宙中心移到太陽上去。從1512年起，他開始在新假說基礎上推算行星的位置。1530年左右，哥白尼將他的學說寫成概論，以手稿的形式在歐洲學者間廣泛流傳。後在數學家雷梯庫斯（Rheticus，1514—1574）的強烈要求下，哥白尼同意出版全書，敬獻給羅馬教皇保羅三世。傳說第一本書送到哥白尼手裡幾小時之後，他就與世長辭了，那是1543年5月24日。
該書的初版被冠以《托倫的尼古拉·哥白尼論天球的運行（共六冊）》這樣一個名稱，後來一般簡稱為《天體運行論》（嚴格的叫法應該是《天球運行論》）。《天體運行論》的手稿曾經佚失了200多年，1873年在托倫根據重新發現的手稿出了「世俗版」，這是該書的權威版本。
哥白尼學說的革新內容主要在《天體運行論》的第一冊中得到描述。在這內容豐富的第一冊中，哥白尼描繪了他的宇宙圖景：太陽位於宇宙的中心，水星、金星、地球帶著月亮、火星、木星和土星依次繞著太陽運行，最外圍是靜止的恆星天層。根據這幅宇宙圖像，哥白尼可以很簡潔地解釋行星視運動中的「留」「逆行」等現象，以及水星和金星的大距。而在托勒密體系中，為了解釋同樣的現象，需要引入許多特設的假定，從而破壞了理論的完整性。
哥白尼聲稱他的宇宙體系比托勒密體系優越，是因為他的體系更簡單和完美。這點在《天體運行論》的第一冊中得到了淋漓盡致的體現，但從第二冊開始到第六冊中的論述卻在簡單和完美性方面打了折扣。在具體描述和推算行星的運動時，哥白尼也不得不引入偏心圓和本輪，從而在數學上，太陽不能理直氣壯地成為行星的繞轉中心了。因此通常稱「哥白尼體系」為「日心說」是不嚴格正確的。另外，哥白尼共引入34個本輪來推算行星的運動，這比托勒密體系最多時的80個本輪少多了，但是推算工作仍不能稱簡單。或許我們對哥白尼聲稱的其學說的簡單性可以這樣來理解：只有在對行星運動進行定性描述時，它才是簡潔的、和諧的。
毋庸諱言，哥白尼從托勒密那裡獲益匪淺，他從《至大論》中得到了許多觀測數據和幾何方法以及編制星表的資料，對有些問題的處理完全因襲《至大論》。哥白尼甚至比托勒密還接近古希臘的天文學家和哲學家，他堅持用勻速圓周運動這種天體所應有的「完美運動」來描述行星的運動。以至於當代一些學者評論說，《天體運行論》與其說是在解釋宇宙，還不如說是在解釋托勒密。
《天體運行論》初版的序言稱該書只是提供了一種解釋行星運動的數學方法。據考證，這篇序言不是出自哥白尼原意，而是監督該書出版的路德派教士奧西安德擅自加入的。把哥白尼體系看成是一種數學模型還是一種宇宙的真實圖景，這將直接影響教會對《天體運行論》的態度。
《天體運行論》出版之後，有少數數學家接受了哥白尼的學說，而一些著名學者如弗朗西斯·培根等則明確表示反對地動說。因此，哥白尼學說的影響還很有限，並未構成對納入經院學派的托勒密學說的衝擊。並且依據當時的物理學和天文學知識，人們還無法理解地球在運動這一事實。哥白尼學說遭受了各種「合理」的責難。如果地球在繞太陽運動，那麼應該可以觀測到恆星的位置有一個周年的變化，上拋的物體不該掉到原地，地球有被瓦解的危險等等，對這些問題的解答確實要等到物理學和天文學進一步發展之後。
在無法獲得觀測事實支持的情況下而接受一種學說，多少帶有一點信仰的成分。伽利略一開始可能就是這樣一位哥白尼學說的信仰者。但伽利略除了信仰之外，還進行有說服力的研究，他的許多物理學和天文學發現都直接駁斥了亞里士多德派的物理學和托勒密的天文學，從而對哥白尼學說形成有力的支持。因此當伽利略滿腔熱忱地宣傳哥白尼學說時，亞里士多德派占多數的學術界便催促教會採取措施，在1616年禁止了伽利略說話，並由紅衣主教柏拉明宣布哥白尼學說是「錯謬的和完全違背《聖經》的」，《天體運行論》在未改正之前不許發行，哥白尼學說則可以當做一個數學假說來講授。
當然，科學界對哥白尼學說的接受不必理會教廷的裁決，也不必等到證明地球在繞日運動的直接證據的發現。伽利略如此，克卜勒如此，後來的笛卡爾和牛頓也是如此。正是這些科學巨匠的權威確立了哥白尼學說的地位。事實上1822年教廷正式裁定太陽是行星系的中心的時候，直接證明地球在繞太陽運動的證據並沒有被發現。直到1835年白塞爾用精密的儀器發現了恆星視差之後，才直接證明了地球確實是在繞太陽運動。
從科學史的角度來看，哥白尼的地動思想不是什麼獨創。因為在古希臘天文學體系當中，並不是所有的體系都是「地心系」的。薩摩斯的阿利斯塔克在綜合畢達哥拉斯和赫拉克雷迪斯的一些觀點的基礎上就提出過日靜地動的思想。然而在托勒密體系在歐洲占統治地位長達千餘年後，哥白尼再提出一個地動日靜的學說，並在幾何嚴格性方面堪與托勒密體系相匹敵，確實需要非凡的見識和勇氣。從某種程度上說，哥白尼學說在思想方法上給予後人的深刻啟發，甚至大於它在天文學上的影響。
科學哲學家總結哥白尼革命的意義時說，其一它是天文學基本概念的革命，其二它是人類認識自然界的一次巨大飛躍，其三它引起西方人在價值觀念上的轉變。但也有人把哥白尼革命的意義僅僅局限於天文學方面，只是把天球和天體的周日和周年運動歸結為地球繞自轉軸轉動和繞太陽公轉的反映而已。