牛顿生于1642 年12月25日午夜，是一个早产儿。牛顿的父亲是不识字的农夫，与个性坚强的妻子哈拿•艾思克一起，经营在英国乌斯托普的一个小农场，夫妻俩都属于“清教徒”。牛顿出生前3个月，他的父亲病逝，缺乏人力的小农场没有收成，家境更贫穷。哈拿失去了丈夫，眼看唯一的孩子也要死了，在最绝望的时候，想起《圣经》上也有一个名叫哈拿的女子，在难过时向上帝的祷告：“你若垂顾婢女的苦情，眷念不忘婢女，赐我一个儿子，我必使他终身归与你。”（《圣经 • 撒母耳记》）牛顿的母亲怀抱着她的早产儿，向上帝发出同样的祷告。
在牛顿的一生中，母亲的这个祷告对于他的个性与信仰有深刻影响。牛顿在成长过程留下的最早记录就是他的祷告。1662年，他大学二年级时写下：“上帝啊！若我心偏于邪恶，请勿成全我；不容我单靠自己的信念去生活；不以爱上帝做为我不爱人的藉口，不是为得祝福来跟随你；不是只在教会中渴慕你,让我做个敬畏你的人，且因着敬畏你，而不畏惧人。”
牛顿经常思索上帝当年听他母亲的祷告，上帝让他活下来一定有些事是要他去完成的。到牛顿3岁时，因为家里实在太穷，母亲只好再嫁给邻村一位63岁的鳏夫——巴拿巴•史密斯牧师。史密斯牧师靠着微薄的薪水把牛顿养大，8年后过世，母子俩领了一些抚恤金，牛顿下课后还要替人看牛管马才够生活。
史密斯牧师给牛顿留下一大堆书籍，成为他家里最好的宝藏。他经常在藏书的阁楼看书，连看牛看马时也带书去看。他的母亲在一旁静静地观察，发现这小孩真有点不同。牛顿进中学时，开始显出他的特殊天才。
学校要做风筝，许多学生立刻动手去裁纸、绑支架，牛顿却先在书桌上放一张纸，仔细设计风筝的尺寸，计算一番才开始动手做。他的风筝交得最慢，但是一试飞，让全班同学连老师司托克斯都吓一跳：牛顿的风筝怎么飞那么高又那么快?事后，司托克斯老师对牛顿的母亲说，无论如何要让这个孩子去念大学。哈拿微微一笑：她早就准备好这孩子的大学学费了。
1661年6月，牛顿进剑桥大学。当时剑桥大学的纨绔学生流行喝酒、打牌，称这是“单纯的娱乐”。牛顿是个穷学生，母亲存的钱只够付学费，他必须为老师做实验的助手，才能赚取生活费。如此无意中使他接近当时剑桥的优秀教授承袭了这些教授一生的研究精华，成为牛顿后来的名言：“我看得比别人远，是因我站在巨人的肩头上。”
亨利•摩尔是影响牛顿科学与信仰最深的老师。摩尔是数学家，也是位虔诚基督徒，他说：“上帝创造这个世界的目的，是要使人认识他，寻求他，感谢他。若有人轻看这世界奇妙的受造物，要看到世界所没有的才算神迹，那是自大。”
摩尔教授以敏锐直觉，一下子就发现牛顿，将要上课的所有课本都看完，等到上课时，牛顿已经在看比那门课更进阶的研究报告了。这种读书法会令一般老师备受压力，摩尔却找牛顿来，给他更深的书，把自己的1800本藏书，成为“随时向牛顿开放的图书馆”，摩尔也长期支付牛顿的生活费。
金钱的享受对一个穷学生是一种莫大的吸引，牛顿写下：“主啊，赦免我，因为我的心想以赚钱为乐，多于渴想你的同在。但是在主曰圣餐聚会里，我的心又重新与你联合。”
1664年，牛顿开始利用课余进行研究。他首先以三菱镜研究光的结构，发现光的分光有不同的折射率。
1665年至1667年，英国发生可怕的黑死病。这两年没课可上、没地方可去，是他“人生思想迈向颠峰的时刻”。在这时他创立了一门很重要的数学——微积分。
事后有人问牛顿，为什么他能够有这么伟大的发现，牛顿答道：“我始终把思考的主题像一幅画摆在面前，再一点一线去勾勒，直到整幅画慢慢凸显。这需要长期的安静与不断地默想。”
牛顿对科学的思索与他的祷告生活密不可分。他常在信仰的思索里想到科学，在科学的思索里想到信仰。在1666年，他开始思索地球在轨道上的运转，并且计算运转时的电力与离心力的关系，1669年他在笔记上写下他的发现——万有引力定律（Law of Gravity）。
牛顿是在什么情况下发现万有引力定律的呢?他的好友史塔克利答道：“牛顿经常在花园散步，有一天中午他回来了，对我说他看到一个苹果掉到地上的不同。”这个苹果后来成为牛顿发现万有引力的标志，其实更重要的是，牛顿有一种独自来到花园祷告与默想的习惯。
纽约大学历史系教授曼纽，1968年在他所着的（牛顿传》中写下：“近代的科学是源自牛顿对上帝的默想。”
