Tyco Brahe var søn af den skånske adelsmand, Otto Thygesen Brahe og hustru, Beate Clausdatter Bille. Som 18 årig skulle han studere statskundskab i Leibzig, men blev i stedet for optaget af astronomi, som han arbejdede med hjemme og i udlandet de følgende år. Bl.a. studerede han på universitetet i Rostock, og det var i denne by, at han duellerede med den senere kommandant på Hammershus, Manderup Parsberg, hvilket resulterede i en afskåret næse og en sølvprotese. Som 26 årig boede han hos sin morbror på Herrevad Kloster, og det var her, at han opdagede “Den nye stjerne”, Stella Novis, som også blev titlen på den videnskabelige artikel, han skrev om fænomenet. I dag ved man, at Tyco Brahe så en supernovaeksplosion, men dette var et brud med det gældende verdensbillede, som byggede på Aristoteles og Ptolemæus, og som var kanoniseret af den katolske kirke. Ifølge dette, geocentriske verdenbillede, var fixstjernernes sfære nemlig evig uforanderlig og gav ikke plads til nogen ny stjerne. Frederik 2 støttede Tyco Brahe ved at give ham øen Hven i et afgiftsfrit len, en årlig løn og midler til at bygge på øen. På Hven byggede han observatorierne Uranienborg og Stjerneborg, hvorfra han bestemte positioner for stjerner og planeter ved hjælp af sin kvadrant. Tyco Brahe skulle også passe sit job som hofastrolog. Bl.a. udfærdigede han i 1577 et detaljeret horoskop for den nyfødte prins Christian.
Tyco Brahe levede i en tid, hvor det geocentriske verdensbillede blev udfordret af Kopernikus’ heliocentriske verdensbillede, som havde Solen i centrum af et system af planeter i cirkelbaner. Ifølge Tyco Brahe måtte dette være forkert, fordi det ville medføre den såkaldte parallakse, som består i at stjernerne tilsyneladende flytter sig i løbet af et år set fra Jorden. Da Tyco Brahe ikke kunne måle nogen parallakse, konkluderede han altså, at det heliocentriske verdensbillede var forkert. Argumentet er korrekt, men faktisk er der parallakse. Den var bare mindre, end Tyco Brahes instrumenter kunne måle. Tyco opstillede så sit eget verdensbillede.
I 1597 forlod Tyco Brahe Danmark efter tiltagende uoverensstemmelser med den dengang 20 årige Christian 4, som ikke længere ville understøtte ham. Han slog sig ned i Prag understøttet af kejser Rudolf 2. Her fortsatte han sine observationer, nu assisteret af Johannes Kepler (1571-1630). Tyco Brahe døde i 1601, men efter hans død brugte Kepler hans observationer til endeligt at formulere de Keplerske Love, som er styrende for planeternes bevægelse om Solen.
Tyn-kirken
Tyco Brahe er begravet i Tynkirken i Prag.