او به تحصیل دانش علاقه زیادی داشت و از دوران جوانی در علوم ریاضی و نجوم و حکمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گردید.
طوسی یکی از سرشناس‌ترین و با نفوذترین چهره‌های تاریخ اسلام است. علوم دینی و علوم عملی را زیر نظر پدرش و منطق و حکمت را نزد خالویش، بابا افضل ایوبی کاشانی آموخت. تحصیلاتش را در نیشابور به اتمام رساند و در آنجا به عنوان دانشمندی برجسته شهرت یافت.
علامه حلّی که یکی از شاگردان خواجه نصیرالدین طوسی است درباره وی می‌گوید: خواجه نصیرالدین طوسی افضل عصر ما بود و از علوم عقلیه و نقلیه مصنفات بسیار داشت. او اشرف کسانی است که ما آنها را درک کرده‌ایم.
وی در سال 611 در مقابل پیشروی مغولان به یکی از قلعه‌های ناصرالدین محتشم فرمانروای اسماعیلی پناه برد. این کار به وی امکان داد که برخی از آثار مهم اخلاقی، منطقی، فلسفی و ریاضی خود از جمله مشهورترین کتابش «اخلاق ناصری» را به رشته تحریر درآورد.
وقتی که هولاکو به فرمانروایی اسماعیلیان در سال 635 پایان داد طوسی را در خدمت خود نگاه داشت و به او اجازه داد که رصدخانه بزرگی در مراغه احداث کند که شروع آن از سال 638 بود.
قسمت اعظم 150 رساله و نامه‌های طوسی به زبان عربی نوشته شده است. وسعت معلومات و نفوذ او با ابن‌سینا قابل قیاس است جز آنکه ابن سینا پزشک بهتری بود و طوسی ریاضیدان برتر.
معروفترین آثار نجومی وی زیج ایلخانی است که در سال 650 نوشته شده و همچنین تذکره فی علم الهیئه. در نجوم تذکره فی علم الهیه وی کاملترین نقد بر نجوم بطلمیوسی در قرون وسطی و معرف تنها الگوی ریاضی جدید حرکات سیارات است که در نجوم قرون وسطی نوشته شده است.
[خانه باستانی ستارگان] [فاضل‌ترین مردم] [حکیم بی‌بدیل مشرق زمین]
[مدح و منقبت فتوحات فلسفی] [بر پادشاه واجب بُوَد]
در سال 672 هجری قمری نصیرالدین طوسی با جمعی از شاگردان خود به بغداد رفت که بقایای کتاب‌های تاراج رفته را جمع‌آوری و به مراغه بازگرداند اما اجل مهلتش نداد و در تاریخ 18 ذیحجه سال 672 هجری قمری در کاظمین نزدیک بغداد دار فانی را وداع گفت.
نصیرالدین طوسی ستاره درخشانی بود که در افق تاریک مغول درخشید و در هر شهری که پاگذارد آنجا را به نور حکمت و دانش و اخلاق روشن ساخت و در آن دوره تاریک وجود چنین دانشمندی مایه اعجاب و اعجاز بود.
برخی از تألیفات خواجه نصیرالدین طوسی:
- تحریراقلیدس
- الرسالة الشافیة عن الشک فی الخطوط المتوازیة
- تحریر مجسطی
- کشف القناع عن اسرار شکل القطاع
- تحریر کتاب مانالاوس فی الاشکال الکرویة
- تحریراکثرثاوذوسیوس
- تحریر کتاب مأخوذات ارشمیدس
- تحریرکتاب المناظراقلیدس
- تحریر کتاب المساکن ثاوذوسیوس
- تحریر کتاب الکرة المترکة اطولوقس
- تحریر کتاب فی الایام و اللیالی ثاوذوسیوس
- تحریر کتاب ظاهرات الفلک اقلیدس
- تحریر کتاب فی الطلوع و الغروب اطولوقس
- تحریر کتاب ابسقلاوس فی المطالع
- تحریر کتاب المفروضات ارشمیدس
- کتاب ارسطرخس فی جرمی النیرین و بعدیهما
- تحریر کتاب معرفة مساحة الاشکال السیطة و الکرویة
- تحریر کره و اسطوانه ارشمیدس
- تحریر کتاب امعطیات
- ترجمه ثمرة الفلک
- کتاب انعکاسات الشعاعات
- تذکره نصیریه در هیأت
- ترجمه صور الکواکب
- رساله در شعاع
- رساله معینیه در هیأت وذیل آن
- زیج ایلخانی
- بیست باب درمعرفت اسطر لاب
- زبدة الهیئة در هیأت و استکشاف احوال افلاک و اجرام
- سی فصل در هیأت و معرفت تقویم
- رساله در حساب و جبر و مقابله
- زبدة الادراک فی هیأت الافلاک
- مدخل فی علم النجوم
- کتاب صد باب در معرفت اسطرلاب
- استخراج قبلة تبریز
- اخلاق ناصری
- اوصاف الاشراف
- تنسوق نامه ایلخانی در معدن شناسی
- جواهرالفرائض در فقه
- آداب المتعلمین درتربیت
- معیار الاشعار در عروض
- اساس الاقتباس
- تجرید المنطق
- تعدیل المعیار فی نقد تنزیل الافکار
- رساله معقولات یا قاطیغوریاس
- حل مشکلات اشارات، در فلسفه
- رساله اثبات جوهر مفارق یا رساله نفس الامر یا اثبات العقل
- رسالة فی العلم و العالم و المعلوم
- رساله بقاء النفس بعد فناء الجسد
- رساله در کیفیت صدور موجودات
- رساله در نفی و اثبات
- رساله العلل و المعلولات
- تجرید العقاید در کلام
- فصول نصیریه
- تلخیص المحصل
- مصارع المصارع
- رساله در جبر و اختیار
- رساله اثبات واجب
- رساله در امامت