1499年，哥白尼畢業於義大利的博洛尼亞大學，任天主教教士。

他回到波蘭跟叔父一起工作。其叔父，瓦茨恩羅德，使費琅堡天主教大教堂的主教。哥白尼當時住在教堂的頂樓，因此可以長期進行天文觀測。那個時候，人們相信的是1500多年前希臘科學家托勒密創立的宇宙模式。托勒密認為地球是宇宙的中心且靜止不動，日、月、行星和恆星均圍繞地球運動，而恆星遠離地球，位於太空這個巨型球體之外。然而，經仔細觀測，科學家們發現行星執行規律與托勒密的宇宙模式不吻合。一些科學家修正了托勒密的宇宙軌道學說，在原有的軌道（或稱小天體軌道）上又增加了更多的天體執行軌道。這一模式稱每顆行星都沿著一個小軌道作圓周執行，而小軌道又沿著該行星的大軌道繞地球作圓周運動。幾百年之後，這一模式的漏洞越來越明顯。科學家們又在這個模式上增加了許多軌道，行星就這樣沿著一道又一道的軌道作圓周運動。哥白尼想用“現代”（16世紀的）技術來改進托勒密的測量結果，以期取消一些小軌道。在長達近20年的時間裡，哥白尼不辭辛勞日夜測量行星的位置，但其測量獲得的結果仍然與托勒密的天體執行模式沒有多少差別。哥白尼想知道在另一個執行著的行星上觀察這些行星的執行情況會是什麼樣的。基於這種設想，哥白尼萌發了一個念頭：假如地球在執行中，那麼這些行星的執行看上去會是什麼情況呢？這一設想在他腦海裡變得清晰起來了。一年裡，哥白尼在不同的時間、不同的距離從地球上觀察行星，每一個行星的情況都不相同，這是他意識到地球不可能位於星星軌道的中心。經過20年的觀測，哥白尼發現唯獨太陽的週年變化不明顯。這意味著地球和太陽的距離始終沒有改變。如果地球不是宇宙的中心，那麼宇宙的中心就是太陽。他立刻想到如果把太陽放在宇宙的中心位置，那麼地球就該繞著太陽執行。這樣他就可以取消所有的小圓軌道模式，直接讓所有的已知行星圍繞太陽作圓周運動。然而，人們是否能接受哥白尼提出的新的宇宙模式呢？全世界的人——尤其是權力極大的天主教會是否相信地球是宇宙中心這一說法呢？ 由於害怕教會的懲罰，哥白尼在世時不敢公開他的發現。1543年，這一發現才公諸天下。即使在那個時候，哥白尼的發現還不斷受到教會、大學等機構與天文學家的蔑視和嘲笑。終於，在60年後，約翰·開普勒和伽利略·伽利雷證明了哥白尼是正確的。