爱因斯坦于1879年3月14日出生在德意志的乌尔姆市。他的父亲赫尔曼·爱因斯坦是一名商人，他的母亲宝琳·柯克是一位音乐家。爱因斯坦一家是不遵循犹太教规的犹太人。他出生一年后，全家迁到了慕尼黑。爱因斯坦的父亲赫尔曼和叔叔雅各布合开了一家经营电器的小工厂，并且都非常喜爱数学。
爱因斯坦在其幼年时代并没有展现很大的天赋，他并不像其他小朋友那样机灵活泼，甚至到了3岁多时还不会讲话，父母很担心他是哑巴，心急地带他去医院检查，虽然检查结果显示他并没有异常，但是直到9岁时他讲话还不是很流利，说的每句话都要想好半天才能磕磕巴巴地说出口。
爱因斯坦不太擅长与人交流，他经常喜欢独自待着，并很认真地思考一些事情。他经常在家附近的花园里，观察跑来跑去的蚂蚁。这样时间一久，别人都认为爱因斯坦比别的孩子要笨，但他的母亲却不这么认为，她经常为自己的孩子辩解，说他将来一定会成为一名了不起的教授。
爱因斯坦不仅喜欢思考，对身边的事物也会十分好奇。有一次父亲送给爱因斯坦一个罗盘，他高兴极了，不久他发现无论他怎么摆弄，指南针总是指向固定的方向，他感到非常惊奇，认为里面一定有什么奥秘。于是他开始天天缠着父亲和雅各布叔叔问这问那，他非要把这其中的秘密弄清楚。这种强烈的求知欲也为他以后成为一名伟大的科学家、发明家打下了坚实的基础。
但在学校里，爱因斯坦的学习成绩却不好，只有数学成绩能让他觉得骄傲一点。由于他生性孤僻，交流也不太顺畅，所以其他的学生都不太和他一起玩，连老师也不喜欢他。他的希腊语和拉丁文老师尤其厌恶他，并且曾因为怕他影响其他学生上课而想把他赶出去。
爱因斯坦的数学成绩优异也是有原因的，因为他的叔叔是工程师，总是用通俗易懂的语言把数学知识传授给小爱因斯坦。有一天爱因斯坦跑来问叔叔：“什么是代数？”叔叔就这样解释：“在算数中有很多问题不容易解决，要算又很难。而代数是一门‘快乐’的数学，能很容易地帮人们解答困难的计算。我们把我们不知道的数叫作X，然后把它当作已知道的东西，建立一些关系，最后你就可以很容易地得到它了。”
而另一个给他帮助的人就是麦克斯。爱因斯坦的父亲虽然生意做得并不是太好，但却十分乐观、心地善良，每个星期他都要邀请来慕尼黑念书的穷学生们吃饭，来自立陶宛的犹太学生麦克斯便是其中一位。麦克斯可以说是爱因斯坦的启蒙老师，他非常喜欢书籍、兴趣广泛，并且时常借给他一些自然科普读物给爱因斯坦，爱因斯坦看完后就和他一起讨论。在麦克斯的辅导下，爱因斯坦的知识越来越丰富，并且对科学的热情也越来越浓厚。
1894年，由于工厂经营不善倒闭了，爱因斯坦的父母搬去了意大利的米兰谋生，把爱因斯坦单独留在了德国，因为当时德国法律规定，男孩只有在17岁以前离开德国才可以不必回来服兵役。到1895年，爱因斯坦已经16岁了，他对德国的军国主义感到深恶痛绝，而且早就受够了填鸭式的学校教育，于是他离开了德国，前往意大利与父母团聚。
到达意大利后，父母希望爱因斯坦能够继续完成学业，希望他去读电机工程学，但他并未依照其父亲的意愿，而是于1895年申请了瑞士苏黎世联邦理工学院，由于没有德国大学资格入学考试成绩，爱因斯坦需要当年夏天参加该校入学考试。他的朋友虽然借了笔记给爱因斯坦来准备，不过爱因斯坦并未在考前抓紧复习，而是选择去了北意大利游玩，因此，16岁的他——身为当时最小的参考者，没有通过此次考试。他的自然科学考得很不错，但法语没考好。该校校长赫尔岑推荐他去瑞士的阿什劳州立中学学习一年。在阿什劳州立中学学习的这段时光使爱因斯坦感到十分愉快，这所学校的理念是“概念思考是建立在‘直观’之上的”，完全符合他的需求。1896年10月，爱因斯坦参考瑞士大学入学考试，10月3日的成绩单上显示他有五科科目皆取得最好的成绩。
后来，爱因斯坦回忆道：“在阿什劳这一年中，我想到这样一个问题：倘使一个人以光速跟着光波跑，那么他就处在一个不随时间而改变的波场之中。但看来不会有这种事情！这是同狭义相对论有关的第一个朴素的理想实验。”短暂的阿什劳学习生涯，成为了爱因斯坦物理学研究的第一个开端。
在联邦工业大学的日子并没有像他想的一样自由，为了应付考试而学习，这让爱因斯坦很苦恼，他有着喜欢创新，不愿循规蹈矩的自由灵魂。在一次实验课上，爱因斯坦没有按照教授给定的步骤来做实验，由于陷入了对问题的沉思，实验发生了爆炸，爱因斯坦的右手受伤了，教授因此劝说他不要学物理了，因为他认为不循规蹈矩的人是无法进行物理研究的。
爱因斯坦大学毕业时，正赶上经济危机爆发，由于他是犹太人血统，又没有关系，没有钱，所以只好失业在家。为了生活，他只好到处张贴广告，靠讲授物理获得每小时3法郎的生活费。这段失业的时间，给了爱因斯坦很大的帮助。在授课过程中，他对传统物理学进行了反思，促成了他对传统学术观点的猛烈冲击。经过高度紧张兴奋的5个星期的奋斗，爱因斯坦写出了9000字的论文《论动体的电动力学》，狭义相对论由此产生。可以说，这是物理学史上的一次决定性的伟大的宣言，是物理学向前迈进的又一里程碑。
也许爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现，所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现，除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外，以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到：以太绝对参照系是必要的吗？电磁场一定要有荷载物吗？这时他开始怀疑以太存在的必要。
爱因斯坦喜欢阅读哲学著作，并从哲学中吸收思想营养，他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明，却在电动力学中无法成立，对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致，爱因斯坦提出了怀疑。他认为，相对论原理应该普遍成立，因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式，但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量，成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太，也就是相信存在着绝对参照系，这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。19世纪末，马赫在所著的《发展中的力学》中，批判了牛顿的绝对时空观，这给爱因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天，爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题，贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法，两人讨论了很久。突然，爱因斯坦领悟到了什么，回到家经过反复思考，终于想明白了问题。第二天，他又来到贝索家，说：“谢谢你，我的问题解决了。”原来爱因斯坦想清楚了一件事：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙，经过五个星期的努力工作，爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。
相对论认为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题，运动速度都是很低的（与光速相比），看不出相对论效应。
对于爱因斯坦引入的这些全新的概念，当时世界上大部分物理学家，其中包括相对论变换关系的奠基人洛伦兹，都觉得难以接受，甚至有人说“当时全世界只有两个半人懂相对论”。旧的思想方法的障碍，使这一新的物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉，就连瑞典皇家科学院，1922年把诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦时，也只是说“由于他对理论物理学的贡献，更由于他发现了光电效应的定律。”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中竟然对爱因斯坦的相对论只字未提。
爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式：E=mc，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。