世代史官
司马迁的祖上好几辈都担任史官，父亲司马谈是汉朝的太史令。司马迁10岁时就跟随父亲来到长安，开始学习古文书传。约在汉武帝元光、元朔年间，向今文家董仲舒学《公羊春秋》，又向古文家孔安国学《古文尚书》。20岁时，从京师长安南下漫游，足迹遍及江淮流域和中原地区，所到之处考察风俗，采集传说。不久仕为郎中，成为汉武帝的侍卫和扈从，多次随驾西巡，曾出使巴蜀。
隐忍著书
元封三年（公元前108年），司马迁继承其父司马谈之职，任太史令，掌管天文历法及皇家图籍，因而得读史官所藏图书。
太初元年（公元前104年），司马迁与唐都、落下闳等共订《太初历》，以代替由秦沿袭下来的《颛顼历》，新历适应了当时社会的需要。此后，司马迁开始撰写《史记》。后因替投降匈奴的李陵辩护，获罪下狱，受腐刑。
出狱后司马迁任中书令，继续发愤著书，终于完成了《史记》的撰写。这是中国第一部纪传体通史，对后世史学影响深远。《史记》语言生动，形象鲜明，也是优秀的文学作品。鲁迅称赞其为“史家之绝唱，无韵之离骚”。
司马迁还撰有《报任安书》，记述了他下狱受刑的经过和著书的抱负，历代传颂。