โรเบิร์ต บอยล์เกิดที่ปราสาทลิสมอร์ เคานตี้วอเตอร์ฟอร์ด ประเทศไอร์แลนด์ เมื่อวันที่ 25 มกราคม พ.ศ. 2170 เป็นบุตรคนที่ 7 ในครอบครัวที่มีฐานะดี บิดาชื่อริชาร์ด บอยล์ มีฐานะร่ำรวยที่สุดของอังกฤษในสมัยนั้น [ต้องการอ้างอิง] และมีฐานันดรศักดิ์สูง คือ เอิร์กแห่งคอร์ก (Eark fo Cork) บิดาเป็นคนที่เลี้ยงดูบุตรอย่างเข้มงวดมาก ในตอนเด็กบอยล์มีความจำที่ดีมาก สามารถสนทนาภาษาละตินและฝรั่งเศสได้อย่างคล่องแคล่วตั้งแต่อายุ 8 ขวบ บิดาจึงส่งไปเรียนที่วิทยาลัยอีตัน และบอยล์ก็เรียนหนังสือเก่ง เมื่ออายุ 11 ขวบ บอยล์ถูกส่งไปเรียนต่อที่กรุงเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์และใช้เวลาเรียนกับการเดินทาง เพื่อเพิ่มประสบการณ์ชีวิตในยุโรปนาน 6 ปี จึงเดินทางกลับเพราะได้ข่าวบิดาเสียชีวิตและครอบครัวกำลังแตกแยก เนื่องจากพี่น้องบางคนสนับสนุนกษัตริย์และบางคนสนับสนุน โอลิเวอร์ ครอมเวลล์ (Oliver Cromwell) เมื่อกลับถึงอังกฤษ บอยล์เดินทางไปพำนักที่คฤหาสน์สตอลบริดจ์ในดอร์เซต ครั้นเมื่อพี่ชายชื่อโรเจอร์ และพี่สาว เลดี้ แรนเนอลาจ์ (Lady Ranelagh) เห็นบอยล์มีความสามารถทางภาษาจึงสนับสนุนให้เขาลองทำงานด้านวรรรกรรมกับกวี จอห์น มิลตัน แต่โดยไม่รู้สึกตื่นเต้นหรือสนุก จึงหันไปสนใจวิชาเกษตรศาสตร์และเบนความสนใจไปทางด้านแพทยศาสตร์ จน

กระทั่งวันหนึ่งบอยล์ได้ไปซื้อยาที่ร้านขายยาและเภสัชกรจ่ายยาผิดทำให้บอยล์ล้มป่วย การไม่สบายครั้งนั้นทำให้เขาหันมาสนใจธรรมชาติของสารอย่างจริงจัง เมื่อบอยล์อายุ 18 ปี ที่ Gresham College ในลอนดอนมีแพทย์นักวิทยาศาสตร์ นักคณิตศาสตร์ นักปรัชญา นักอุตสาหกรรม มาประชุมพบปะกัน อย่างสม่ำเสมอ เพื่อฟังการบรรยายความรู้วิทยาศาสตร์ของกาลิเลโอ โคเปอร์นิคัส และเบคอน เรื่องต่าง ๆ ที่มีเนื้อหา ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ แพทย์ ฯลฯ และบอยล์ก็เดินทางมาประชุมด้วยในปี พ.ศ. 2193 สมาชิกหลายคนของสมาคมได้ย้ายถิ่นฐานไปตั้งรกรากที่เมืองออกซฟอร์ดนานถึง 14 ปี เพราะเป็นที่มีปราชญ์หลายคน เช่น จอห์น วอลลิส (John Wallis) คริสโตเฟอร์ เรน และโรเบิร์ต ฮุก จนกระทั่งวันที่ 28 พฤศจิกายน พ.ศ. 2203 สมาชิก 12 คน ของสมาคม รวมทั้งบอยล์ก็ร่วมกันจัดตั้งสมาคมวิชาการ ชื่อ วิทยาลัยเพื่อการส่งเสริมการเรียนรู้การทดลองคณิตศาตร์และฟิสิกส์ ซึ่งต่อมาก็เปลี่ยนชื่อเป็น ราชสมาคมแห่งลอนดอน (Royal Society of London) และได้รับการรับรองอย่างถูกกฎหมายในปี พ.ศ. 2205 สมาคมเป็นสมาคมวิทยาศาตร์แห่งแรกของโลกที่ยังดำรงสถานภาพอยู่ได้จนทุกวันนี้

ขณะอยู่ที่ออกซฟอร์ด บอยล์ได้อ่านตำราวิทยาศาสตร์ของเบคอนและกาลิเลโอ และหนังสือ Principles of Philosophy ของเรอเน เดการ์ต ความคิดของปราชญ์เหล่านี้เข้ามามีอิทธิพลต่อวิธีคิดของบอยล์ในภายหลังมาก เมื่อบอยล์อ่านผลการทดลองของ เอวานเจลิสตา โตร์ริเชลลี (Evangelista Torricelli) เมื่อปี พ.ศ. 2187 เรื่องความดันปรอทในหลอดแก้วคว่ำ เขารู้สึกสนใจประเด็นที่เตอร์รีเชลลีอ้างว่าบริเวณเหนือปรอทมีสุญญากาศตามรูปแบบที่ออตโต ฟอน กูริค (Otto von Guericke) เคยสร้างไว้ ความสามารถในการทำอปกรณ์ของฮุกช่วยให้บอยล์พบว่า เสียงต้องการอากาศในการเคลื่อนที่ เพราะเขาได้ยินเสียง ลูกตุ้มกว่งแผ่วลงๆ เวลาอากาศถูกสูบออกจากขวดแก้วที่บรรจุเทียนไขที่กำลังลุกไหม้จนหมด เทียนไขจะดับ ส่วนนกและแมวที่อยู่ในภาชนะที่สูบอากาศออกจนหมดก็จะตาย บอยล์จึงสรุปได้ว่าอากาศคือองค์ประกอบสำคัญสำหรับการสันดาปและสำหรับการหายใจของสิ่งมีชีวิตในปี พ.ศ. 2204

แม้งานวิจัยส่วนใหญ่ของบอยล์จะมีรากฐานอยู่กับวิชาเล่นแร่แปรธาตุแบบดั้งเดิม แต่ปัจจุบันเขาได้รับยกย่องให้เป็นนักเคมียุคใหม่คนแรก เป็นหนึ่งในผู้ก่อตั้งเคมีแห่งยุคใหม่