Egy anglikán lelkész fia volt, Wight szigetének egyik kis településén született. Fiatalon sokat betegeskedett, elkapta a himlőt is, amelynek nyomait arcán és a lelkében is élete végéig viselte. Tízéves alig múlt, amikor súlymotorral hajtott órát épített, amely a kor követelményeihez képest meglepően pontos volt. 1653-ban újból iskolát váltott, Oxfordba ment tanulni. Gazdagabb diákok szolgálatáért és a templomi énekkarban vállalt munkájáért kapott pénzből tartotta el magát. Szegénysége miatt sok megaláztatásban volt része, de a kiváló mechanikai érzékkel megáldott fiatalember évek múltán a kémikus Robert Boyle asszisztense lett. Kiváló együttműködés alakult ki közöttük, Hooke matematikai tudása és eszközkészítő zsenialitása sokat segített Boyle-nak a gázkísérleteiben, és a légszivattyú megtervezésében döntő érdemei voltak. Hooke a rugókat tanulmányozva fedezte fel a később róla elnevezett törvényt, mely szerint egy rugalmas test alakváltozása arányos a testre ható erővel. Megsejtette a fény hullámtermészetét, a csillagászat területére kalandozva felfedezte, hogy a Kos csillagképben látható Gamma Arietis valójában kettős csillag. Feltalálta a libellát és a mikrométert, az 1666-os nagy londoni tűzvész után segített London újjáépítésében, a katasztrófának emléket állító Monument tervezésében is közreműködött. Találmányai közé tartozik a gépjárművekben máig használatos egyetemes tengelykapcsoló és az íriszrekesz, amely a fényképezőgépek alapvető alkotórésze. Hozzájárult az órák tökéletesítéséhez is, honfitársai őt tartják az ingaóra feltalálójának. Legnagyobb sikerét az 1665-ben megjelent Micrographia című, gazdagon illusztrált munkája aratta. Ebben az általa tervezett többlencsés mikroszkóppal - a szemmel láthatatlan parányok világában - végzett megfigyeléseit adta ki, a pontos, mégis művészi rajzok elbűvölték a közönséget. A növények kis kamráit sejteknek, azaz celláknak nevezte el, mert a szerzetesek celláira emlékeztette őt. Azt is kiszámította, hogy egy négyzethüvelyknyi parafa 1 milliárd 259 millió 712 ezer sejtet tartalmaz, ekkora számot tudományos műben addig nem írtak le. Az angliai tudományos közvélemény egyetértett Boyle-lal, aki 1662-ben a két esztendeje létrehozott Royal Society kísérletekért felelős kurátori posztjára javasolta az akkor huszonhét éves Hooke-ot évi 30 fontos javadalmazással. Mivel a tudomány számtalan területét kutatta, többé-kevésbé megalapozottan állíthatta mások kidolgozottabb és eredményeiről, hogy ő azokat már sejtette vagy megjósolta. Leghíresebb és legelkeseredettebb vitapartnere a legalább annyira kiállhatatlan Newton volt, akivel a bolygók ellipszis alakú keringési pályáján vesztek össze. Hooke ugyanis azt állította, hogy megfejtette a titkot, de nem árulja el, hogy ne fosszon meg másokat a felfedezés örömétől. Newton, aki viszont valóban kiszámolta a törvényt, ezen megsértődött, és sokáig nem adta nyomdába a fizika történetében mérföldkövet jelentő Principia harmadik, legfontosabb kötetét. Ellenségeskedésük odáig fajult, hogy Newton, aki a Royal Society elnöke lett, még Hooke halála után is próbálta kisebbíteni versenytársa érdemeit. Holott éppen ő írta annak idején Hooke-nak a szállóigévé lett mondatot: "Ha én messzebbre tekintettem, mint mások, csak azért volt, mert óriások vállain álltam." A Hold és a Mars egy-egy krátere is őrzi Hooke nevét.