18 évesen nagy vagyont örökölt, stalbridge-i birtokán minden idejét és pénzét a tudományos kutatásnak szentelte. Az oxfordi egyetemen orvosi doktorátust szerzett, majd Dorsetben maga köré gyűjtötte kora legjobb tudósait. 1654-ben Oxfordba költözött, s megalapította a Filozófiai Társulatot, amely Londonban II. Károly elismerése nyomán Royal Society nevet vett fel. A kétkedő kémikus című művének 1661-es megjelenésétől számítják a modern kémia kezdetét. Ebben megtámadta a négy elemre (a földre, levegőre, tűzre és vízre) vonatkozó arisztotelészi elméletet. Ezek helyett kidolgozta az elsődleges részecskék fogalmát, amelyek társulva korpuszkulákat alkotnak. Nevét elsősorban a Boyle-Mariotte-törvény tette ismertté. 1660-ban Hooke állapította meg, hogy a levegő sűrűsége arányos a ráható nyomással. Mai formájában Boyle tanítványa, Richard Townley fogalmazta meg: a gáz térfogata állandó hőmérsékleten fordítottan arányos a gáz nyomásával. Boyle a törvényt 1661-ben közölte és Townley-törvénynek nevezte. A francia Mariotte csak 1676-ban ismerte fel ezt az összefüggést. Boyle a középkori skolasztika ellen, a tapasztalaton alapuló tudományért folyó küzdelem egyik vezetője volt, s fellépett az alkimista nézetekkel szemben. Az anyag részecske-természetéről vallott felfogásával a kémiai elemek modern elméletének előfutára volt. Londonban érte a halál.