علوم دینی و علوم عملی را زیر نظر پدرش و منطق و حكمت را نزد خالویش بابا افضل ایوبی كاشانی آموخت. تحصیلاتش را در نیشابور به اتمام رسانید و در آنجا به عنوان دانشمندی برجسته شهرت یافت. خواجه نصیر الدین طوسی را دسته ای از دانشوران خاتم فلاسفه و گروهی او را عقل حادی عشر (یازدهم) نام نهاده اند.

نصیرالدین زمانی پیش از سال ۶۱۱ در مقابل پیشروی مغولان به یكی از قلعه های ناصرالدین محتشم فرمانروای اسماعیلی پناه برد. این كار به وی امكان داد كه برخی از آثار مهم اخلاقی، منطقی، فلسفی و ریاضی خود از جمله مشهورترین كتابش «اخلاق ناصری» را به رشته تحریر درآورد. وقتی كه هولاكو به فرمانروایی اسماعیلیان در سال ۶۳۵ پایان داد طوسی را در خدمت خود نگاه داشت و به او اجازه داد كه رصدخانه بزرگی در مراغه احداث كند كه شروع آن از سال ۶۳۸ بود. برای كمك به رصد خانه علاوه كمكهای مالی دولت اوقاف سراسر كشور نیز در اختیار خواجه گذارده شده بود كه از عشر (یك دهم) آن جهت امر رصدخانه و خرید وسایل و اسباب و آلات و كتب استفاده می نمود در نزدیكی رصد خانه كتابخانه بزرگی ساخته شده بود كه در حدود چهارصد هزار جلد كتب نفیس جهت استفاده دانشمندان و فضلا قرار داده بود كه از بغداد و شام و بیروت و الجزیره بدست آورده بودند در جوار رصدخانه یك سرای عالی برای خواجه و جماعت منجمین ساخته بودند و مدرسه علمیه ای جهت استفاده طلاب دانشجویان.

این كارها مدت ۱۳ سال به طول انجامید تا اینكه ایلخان هلاكوی مغولی در سال ۶۶۳ درگذشت. لیكن خواجه تا آخرین دقایق عمر خود اجازه نداد كه خللی در كار آنجا رخ دهد و كوشش بسیار نمود كه آن رصد خانه و كتابخانه از بین نرود.

قسمت اعظم ۱۵۰ رساله و نامه های طوسی به زبان عربی نوشته شده است. وسعت معلومات و نفوذ او با ابن سینا قابل قیاس است جز آنكه ابن سینا پزشك بهتری بود و طوسی ریاضیدان برتری. از پنج كتابی كه در زمینه منطق نوشته شده است اساس الاقتباس از همه مهمتر است. در ریاضیات تحریرهایی بر آثار آوتولوكوس، آرستاخوس، اقلیدس، آپولونیوس، ارشمیدس، هوپسیكلس، تئودوسیوس منلائوس و بطلمیوس نوشت. از جمله مهمترین آثار اصیل وی در حساب هندسه و مثلثات جوامع الحساب بالتخت و التراب، رساله الشافیه و اثر معروفش كتاب شكل القطاع است كه به نوشته های رگیومونتانوس اثر گذارده است.

معروفترین آثار نجومی وی زیج ایلخانی كه در سال ۶۵۰ نوشته شده می باشد و همچنین تذكره فی علم الهیئه است. كتاب تنسوق نامه و كتابهایی در زمینه اختربینی نیز نوشته است. احتمالاً برجسته ترین كار طوسی در ریاضیات در زمینه مثلثات بوده است در كشف القناع عن اسرار شكل القطاع، وی نخستین كسی بود كه مثلثات را بدون توسل به قضیه منلائوس یا نجوم توسعه بخشید و هم او بود كه برای نخستین بار قضیه جیوب را، كه رویداد برجسته ای در تاریخ ریاضیات است به روشنی بیان كرد. در نجوم تذكره فی علم الهیئه وی شاید كاملترین نقد بر نجوم بطلمیوسی در قرون وسطی و معرف تنها الگوی ریاضی جدید حركات سیارات است كه در نجوم قرون وسطی نوشته شده است.

بعضي از كتب مشهور خواجه نصيرالدين طوسي

• شرح اشارت ابن سينا

• تجريد الاعتقاد

• اخلاق ناصري

• تحرير المجسطي در هيئت و نجوم

• التذكره في علم الهيئت بنام تذكره نصيريه

• اوصاف الاشراف در عرفان

• الادب ابوخير للولد الضغير با اشعار عربي و فارسي ازخود خواجه

• جواهر الفرائض ـ اصول علم فرائض و مواريث

• اساس الاقتباس در فن منطق

• بيست باب در اصطرلاب در علوم غريبه

• زيج ايلخاني

• مثلثات كروي