萬曆二十二年八月四日(1594年9月17日)，茅元儀出生於一個書香門第。祖父茅坤是著名的文學家，父親國縉(一作晉)官至工部郎中。在家庭的薰陶下，茅元儀自幼勤奮好學，博覽羣書，尤其喜讀兵、農之作。成年後又熟諳軍事，胸懷韜略，對長城沿線的“九邊”之關隘、險塞，都能口陳手畫，瞭如指掌。
正當茅元儀立志報國之時，東北建州女真族崛起，其首領努爾哈赤於萬曆四十四年(1616)，在赫圖阿拉(今遼寧新賓)建立後金政權，自稱金國汗，建元“天命”。兩年後以“七大恨”爲藉口，興師攻明，遼東戰火紛飛，戰亂屢起。明廷閹黨弄權，國運衰落，軍隊戰鬥力低下，戰敗的消息紛紛傳來，舉國爲之震驚。茅元儀於焦急憂憤之時，發奮著書立說，刻苦鑽研歷代兵法理論，將多年蒐集的戰具、器械資料，治國平天下的方略，輯成《武備志》，於天啓元年(1621)刻印。自此以後，這位年輕學子聲名大振，以知兵之名被任爲贊畫，隨大學士孫承宗督師遼東，與同僚鹿善繼、袁崇煥、孫元化等人一起，在山海關內外考察地形，研究敵情，協助孫承宗作戰，抵禦後金的進攻，併到江南籌集戰艦，加強遼東水師，提高明軍的戰鬥力。在孫承宗指揮下，明軍在遼東收復九城四十五堡，茅元儀也因功薦爲翰林院待詔。
由於閹黨魏忠賢專權，孫承宗被排擠去職，茅元儀也隨之被削籍，於天啓六年(1626)告病南歸。次年十月，朱由檢即帝位，隨後殺魏忠賢，閹黨勢力大落，茅元儀即趕赴京城，向新帝進呈《武備志》，因被權臣王在晉等中傷，以傲上之罪，被放逐到定興(今屬河北)江村。崇禎二年(1629)冬，後金騎兵直撲北京，孫承宗再度受命督師。茅元儀等數十騎，護衛孫承宗，從東便門突圍至通州(今北京通縣)，擊退了後金軍的進攻，解了北京之危。茅元儀因功升副總兵，督理覺華島(今遼寧興城菊花島)水師。不久又被權臣樑廷棟所忌而解職，又受遼東兵譁之累，遣戍漳浦(今屬福建)。之後，遼東軍情復又緊急，他請求效死勤王，遭到權臣阻撓，於崇禎十二年(1640)悲忿縱酒而亡。
元儀文武雙全，曾納秦淮名妓楊宛、王微爲妾，時人稱：“年少西吳出，名成北闕聞。下帷稱學者，上馬即將軍。”
家富藏書，並與曹學佺、董其昌、湯顯祖等學者和藏書家往來頗密。編撰有《九學十部目》，分爲經學、史學、說學、小學、兵學、類學、數學、外學。目錄學家姚名達對此目評價較高，他認爲向來目錄學研究之弊，唯知類書，不研類學。類之有無，依書之多少而定。茅元儀能夠以學術爲分類標準，開目錄學研究之新。刻書亦多，天啓元年(1621)自編自刻有《武備志》240卷，被後人稱之爲“軍事學的百科全書”。刻宋、元、明人著述10多種。
