開普勒的身世是不幸的。他17歲時父親去世。1620年，他母親，一個酒館老闆的女兒，平時愛吵吵鬧鬧，因被指控犯有巫術罪而入獄，他經一年多的奔波才使其得到無罪釋放。開普勒26歲時與一個出身名門的寡婦結婚，舉止傲慢的妻子使他很少感到家庭溫暖。1613年在前妻死後他又選擇了一個貧家女爲伴，感情雖很融洽，無奈經濟上常處於絕望境地。他兩個妻子共生有12個小孩，大多在貧困中夭折。他作爲新教徒常受到天主教會的迫害，他的一些著作被教皇列爲禁書。
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經濟困苦和操勞跋涉嚴重損害了開普勒的健康。皇帝即使在較興隆的時期都是怏怏不樂地支付薪水。在戰亂時期，開普勒的薪水被一拖再拖，得不到及時的支付。1630年他有幾個月未得薪俸，不得不親自前往正在舉行帝國會議的雷根斯堡索取。到達那裏後他突然發熱，幾天以後即11月15日，在貧病交困中寂然死去，終年59歲。他被葬於拉提斯本的聖彼得教堂，三十年戰爭的狂潮蕩平了他的墳墓，但是業已證明他的行星運動定律是一座比任何石碑都更爲久佇長存的紀念碑。
開普勒在物理學特別是光學領域作出了傑出貢獻。1604年他的《對威蒂略的補充，天文光學說明》一書問世。威蒂略(1220—1270)是中世紀著名的波蘭物理學家，著有《物理學》、《光學》等書，闡述了文藝復興以前最重要的光學理論。開普勒在此基礎上又作了發展，他描述了人的視覺的形成過程，揭示了視網膜的作用，指明瞭近視和遠視的原因。雖然早在1299年佛羅倫薩的阿瑪蒂就發明了矯正視力的眼鏡，但直到開普勒才解釋了這些彎曲的小玻璃片的作用。他對視覺的分析，給瞭解眼器官的結構和機能打下了基礎。
開普勒在說明望遠鏡原理時，看到光從已知光源以球面輻射出來，直覺地提出了光度隨距離減弱的平方的反比律，他覺得介質的折射力與介質的密度成正比，但是英國數學家哈略特向他指出，油比水的折射力大，但是油比水的密度小。正確的光的折射律是由萊頓的一位數學教授威里布裏德·斯涅耳(1591—1626)於公元1621年發現的。
開普勒最先認爲大氣有重量，並正確解釋了月全食時月亮呈紅色是因太陽光經過大氣折射後投射到上面而造成的。他首先把潮汐同月球的活動聯繫起來，第一次宣佈地球以外的行星也是物質的、不完美的。這是一個了不起的發現，但不知什麼原因，他的朋友伽利略卻不接受他關於潮汐的理論。
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1611年開普勒即興寫了一本未完成的書：《六角形的雪》。通過對六角的雪的觀察使他得出了對稱的觀念，並推想到雪是由許多球體緊密堆積而成。這本書可視爲晶體學的發軔。
開普勒在幾何學中也有獨到的建樹。1615年他發表了《葡萄酒桶的立體幾何》，這本書被稱爲人類創造球面、體積新方法的靈感源泉。在這本書中，開普勒用無窮大和無窮小的概念來代替古老而煩瑣的窮竭法，他設想一個由無數個三角形構成的圓，其中每個三角形的頂點都處在圓心，圓周是由它們無窮小的底邊構成。同樣，圓錐體可以看成是由大量具有共同頂點的棱錐體所構成，圓柱體是由大量棱柱體所構成，這些棱柱體的底邊構成圓柱體的底邊，它們的高就是圓柱體的高。開普勒採用這些觀念得出了一些古人辛辛苦苦極難得到的結果。他的方法中雖缺少關於極限的明確概念，和有效的求和方法，但可導致正確的結果，他的方法給數學家開闢了一個廣闊的思考園地。
