Роберт Бойль принадлежал к старинному аристократическому роду. Предки его занимали видное место в ряду привилегированной знати, а его отец, Ричард Бойль, носил титул графа Коркского и был близок ко двору Елизаветы Английской. Он был не только знатен, но и довольно богат. Семья графа была большой, а Роберт был четырнадцатым ребенком. Родился он в семейном поместье, в родовом замке Лисмор в Ирландии. Отец дал своему седьмому сыну возможность получить прекрасное образование. Начав обучение дома, Роберт продолжил его в привилегированном Итонском колледже. Он изучал естествознание и медицину, овладел несколькими языками, в том числе и древними, основательно ознакомился с вопросами религии. В дальнейшем в мировоззрении Роберта Бойля всегда были заметны религиозные тенденции, и ученый всю жизнь стремился примирить свои философские, естественнонаучные и религиозные взгляды.
Принадлежность к аристократическому роду не мешала Роберту в детстве водить компанию с детьми из простонародья и иметь среди них приятелей. Он даже пытался подражать одному из них, копируя его заикание. Это настолько вошло у него в привычку, что впоследствии ему пришлось лечиться от приобретенного в детстве «недуга», но, как он сам писал в автобиографии, лечение это было «столь же усердно, сколь и безуспешно».
Когда ему исполнилось 12 лет, отец отправил его вместе со старшим братом в Женеву, где Роберт смог продолжить образование. Затем он совершил путешествие по Европе, посетив кроме Швейцарии Францию и Италию. Во Флоренции он изучал работы и инструменты Галилея, а «Диалог о двух системах мира» Роберт Бойль читал в оригинале. Это было его первое приобщение к новым научным теориям.
В 1643 году умирает отец Роберта, и он возвращается в Ирландию. В то время в Англии шла гражданская война, которая слегка затронула и семейство Бойлей. При жизни отец, граф Коркский, принадлежал к роялистам, а на политические взгляды Роберта большое влияние оказала сестра, сделав его сторонником парламента.
Но Роберт Бойль был далек от политики и практически не участвовал в ней. Ему ближе были занятия наукой и философией. Получив значительное состояние, он обосновывается в своем поместье Стальбридже, где с увлечением отдается изучению вопросов философии и религии. Не была забыта и химия. Он читает много работ на латыни и французском языке и сам проводит некоторые химические опыты.
Современниками Бойля были англичане Томас Гоббс и Джон Локк, француз Рене Декарт, голландский мыслитель Бенедикт Спиноза. Огромное влияние на его мировоззрение оказал Фрэнсис Бэкон – родоначальник экспериментальной науки, соотечественник Бойля. В дальнейшем в работах Бойля встречается немало ссылок на мысли Бэкона о роли естествознания и организации научной работы. И, в первую очередь, о признании опыта как критерия истины. Развивая эту мысль, Бойль был твердо убежден, что справедливы лишь те теоретические представления, которые подтверждены наблюдениями и опытами. Он считал также, что наука должна приносить пользу производству, что совпадало со взглядами и интересами нарождавшейся английской буржуазии.
Живя в своем поместье, Бойль написал несколько эссе, посвященных вопросам морали. Считают, что прочтение одного из них побудило Джонатана Свифта написать свое знаменитое «Путешествие Гулливера».
В 1656 году Роберт Бойль переезжает в Оксфорд. Здесь он входит в круг ученых, проповедовавших и поддерживавших новые идеи в науке. Занимать такую позицию было не только не принято, но и опасно, поэтому ученым приходилось скрывать свою деятельность, особенно от реакционных служителей церкви. Для обсуждения новых идей, открытий и научных наблюдений группа ученых, и в их числе Роберт Бойль, собиралась в доме одного врача. Сложившийся таким образом кружок стал именоваться «невидимой коллегией». Спустя несколько лет члены «невидимой коллегии» собрались в Лондоне. И 28 ноября 1660 года они составили памятную записку об учреждении коллегии для развития физико-математических экспериментальных наук. Заявив о себе открыто, они стали собираться на еженедельные заседания для обсуждения научных вопросов. Заседания проходили в Лондоне и Оксфорде, и Бойль постоянно курсировал между этими двумя городами, принимая в работе коллегии самое активное участие. Вскоре научное сообщество получило столь широкую известность, что король Карл II указом от 15 июля 1662 года дал ему название Королевского общества и утвердил ряд привилегий, которые еще более расширил другим указом от 14 апреля 1663 года.