پدرش، عزالدین حسین از پیشوایان و مشایخ معروف شیعه و از شاگردان شهید ثانی بود که پس از کشته شدن شهید ثانی به دست متعصبان سنی مذهب، همراه فرزندش بهاءالدین 13 ساله، جلای وطن کرده و راهی دربار بزرگترین حکومت شیعی مذهب جهانِ آن روز یعنی دربارصفویه شد. آنها ابتدا ساکن اصفهان و سپس راهی قزوین که در آن زمان پایتخت حکومت صفویه و محل گردهمایی دانشمندان شیعه بود، شدند. شیخ بهایی در قزوین، تحصیل خود را ابتدا در مکتب پدر و سپس نزد اساتید بزرگ آن شهر در رشتههای حکمت و کلام، ریاضی، طب و ... تکمیل کرد و پس از درگذشت پدرش در راه بازگشت از سفر حج، (بنا بر برخی روایات)، از سوی شاهطهماسب به سمت شیخالاسلامی هرات منصوب شد و با درگذشت شیخ علی منشار، شیخالاسلام معروف دربار صفویه، از سوی شاهعباس، عهدهدار مقام شیخالاسلامی و امور شرعی اصفهان شد. اما نزدیکی او به دربار صفوی و برعهده داشتن مسؤولیتهای دشوار مذهبی و سیاسی هرگز مانع توجه او نسبت به سایر علوم و کسب دانش و همچنین تربیت شاگردان برجسته و تالیف رسایل و کتب ارزشمند علمی و فقهی و کلامی نشد.
از شیخ بهایی حدود ۹۵ کتاب و رساله بر جای مانده و به پاس خدماتش به علم ستارهشناسی، یونسکو سال ۲۰۰۹ را به نام او سال «نجوم و شیخبهایی» نامگذاری کرد. شیخ بهایی در سال هزار خورشیدی در اصفهان درگذشت و بنابر وصیت خودش جنازه او را به مشهد بردند و در جوار مقبره علی ابن موسیالرضا(ع) جنب موزه آستان قدس دفن کردند.