他 28岁（ 1615年）考中举人，但以后五次进京会试均告失败。五次跋涉，见闻大增，他说： “为方万里中，何事何物不可闻 ”。他在田间、作坊调查到许多生产知识。他厌弃那些 “知其味而忘其源 ”的 “纨绔子弟 ”与 “经士之家 ”。在担任江西分宜县教谕（ 1654～ 1638）年间写成了《天工开物》。他在《序》中描写这段情况时说： “伤哉贫也！欲购奇考证，而乞洛下之资，欲招致同人，商略赝真，而缺陈思之馆。 ”（想加以验证而无钱，想与同人们讨论真伪而无场馆），只得 “炊灯具（备）草 ”，日夜写书，但 “大业文人，弃掷案头，此书于功名进取毫不相关也。 ”
《天工开物》的书名取自《易 ·系辞》中 “天工人其代之 ”及 “开物成务 ”，作者说是 “盖人巧造成异物也 ”（《五金》卷）。全书按 “贵五谷而贱金玉之义 ”（《序》）分为《乃粒》（谷物）、《乃服》（纺织）、《彰施》（染色）、《粹精》（谷物加工）、《作咸》（制盐）、《甘嗜》（食糖）、《膏液》（食油）、《陶埏》（陶瓷）、《冶铸》、《舟车》、《锤锻》、《播石》（煤石烧制）、《杀青》（造纸）、《五金》、《佳兵》（兵器）、《丹青》（矿物颜料）、《曲蘖》（酒曲）和《珠玉》共 18卷。包括当时许多，工艺部门世代相传的各种手艺，并附有大量插图，注明工艺枢纽，具体描述生产中各种现实数据（如重量准确到钱，长度准确到寸）。
我国古代物理知识大部分分散体现在各种手艺过程的书本中，《天工开物》中也是如此。如在提水工具（筒车、水滩、风车）、船舵、灌钢、泥型铸釜、失蜡铸造、排除煤矿瓦斯方法、盐井中的吸卤器（唧筒）、熔融、提取法等中都有许多力学、热学等物理知识。此外，在《论气》中，宋应星深刻阐述了发声原因及波（参见 “ 中国古代在声学上的贡献 ”），他还指出太阳也在不绝 转变， “以今日之日为昨日之日，缘木求鱼之义 ”（《谈天》）。
宋应星刊印《天工开物》后，还曾任福建汀州府推官（ 1638）、亳州知府（ 1643）。 1644年明亡，他挂冠回乡隐居。因为他的反清思维，《四库全书》没有收人他的《天工开物》，但却在日本、欧洲广泛传播，被译为日、法、英、德、意、俄文，三百多年来国内外也发行 16版次（ 1637～ 1977），其中关于制墨、制铜、养蚕、用竹造纸、冶锌、农艺加工等等方法，都对西方产生了影响，代表了中国明代的手艺水平。
宋应星卒于清顺治年间，大约享年八十。
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