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马赫出生于布尔诺附近（当时叫布吕恩）的摩拉维亚。他在下西本布伦长大，一个靠近维也纳的小村庄，村庄的名字（“七喷泉之间”）带有古朴的乡村气息。他们家在那里经营农场，他父亲以前是一名教师，业余时间在家教孩子。
10岁时，马赫被送到下奥地利塞滕施泰滕本笃会修道院的一所寄宿学校。不过，体弱多病的他适应不了中学繁重的课业要求，因此，小恩斯特回到了下西本布伦。好在他父亲能提供指导。但这也让恩斯特有了大量空闲时间，因此他还去当了细木工学徒。
一天，他在父亲的书架上翻找，偶然发现了一本怪书：《对任何一个未来的形而上学的导言》。作者是康德。马赫后来回忆道，这是一个决定性时刻。他说：“这个15岁的男孩如饥似渴地读着这本叙述清晰、相对容易理解的书。它给他留下了深刻印象，摧毁了这个男孩幼稚的观念，激发了他对知识论的兴趣，并且由于康德形而上学的影响，让他打消了自己研究形而上学的念头……我很快就抛弃了康德的唯心主义。当我还是个孩子的时候，我就认识到‘物自体’是不必要的形而上学发明，是形而上学幻觉。” [7]
后来，正是对康德的激烈反对让维也纳小组的思想家们走到了一起。事实上，这位著名的普鲁士哲学家的思想在维也纳一直不受欢迎。奥图·纽拉特打趣道，“奥地利人找到了绕开康德的方法”。 [8] 只有卡尔·波普尔会同意康德的观点，至少有时会同意，他最喜欢扮演维也纳小组“官方反对派”的角色。当然，后来人们发现哥德尔也是隐秘的康德主义者。
在第一次接触形而上学后不久，年轻的马赫再次尝试进入中学——这次是在克里姆瑟尔（克罗梅里兹）的摩拉维亚修道院，由神职修士会开办。他的第二次尝试很顺利：“唯一不愉快的是无休止的宗教活动，而这恰恰产生了与初衷相反的效果。” [9]
从这所学校毕业后，马赫进入维也纳大学学习数学和物理。得益于多普勒（1803-1853）、洛施密特（1821-1895）和斯忒藩（1835-1893）的高质量研究，那里的物理研究所正蓬勃发展。这个令人兴奋的时期是前所未有的。几个世纪以来，维也纳大学一直受耶稣会士的控制，哈布斯堡统治者倾向于鼓励音乐而不是精确的科学。因此，直到1847年才在维也纳建立了帝国科学院，距离在佛罗伦萨、伦敦和巴黎建立类似的科学院已经过去了几个世纪。虽然博学的莱布尼茨（1646-1716）—他一个人就可以撑起科学院——进行了艰难的游说，也无济于事。直到自由主义的黎明，奥地利的科学才终于摆脱了束缚。现在是时候追赶欧洲其他国家了。
年轻的马赫是这个时代涌现的天才之一。他思如泉涌，动手敏捷——这部分受益于他的细木工手艺——很快在物理研究所受到了赏识。马赫在学生时期构建了一个巧妙的装置，令人信服地演示了多普勒效应：声源在趋近听众时，听到的音调会升高。为了演示这种现象，马赫在直立的圆盘上装上哨子。当圆盘旋转时，站在盘面上的人会听到哨子的音调交替升降，而站在转轴附近的人听到的音调则会保持不变。
马赫22岁获得博士学位。第二年，他获得了大学授课资格。年仅26岁时马赫就成了格拉茨大学教授，首先教数学，后来教物理。他于1867年结婚。
同一年，马赫被任命为布拉格大学实验物理学教授。他那时还不到30岁。接下来的30年里，他一直在布拉格，直到回到维也纳。布拉格的德语大学成立于中世纪，甚至早于维也纳大学。在马赫到来时，它正处于一场激烈的政治斗争的阵痛之中。弗朗茨·约瑟夫皇帝在1866年被俾斯麦的普鲁士打败，被迫将遥远的管治权让给了匈牙利人。而现在，捷克人又吵着要同样的权利！对奥地利人来说，这样的事情是完全不可想象的。在马赫担任布拉格大学院长和后来担任校长期间，他发现自己陷入了严重的民族主义动荡中，类似爱尔兰的动荡。他主张从零开始创建一所新的捷克大学，而不是拆分布拉格古老的大学——始建于1348年的卡罗莱纳母校。然而，最终他的想法失败了。
马赫更愿意在他的物理实验室研究冲击波。他很快就为自己赢得了名声，这是毫无疑问的。直到今天，“一马赫”指的是音速，而“两马赫”指的是两倍音速，等等。他还是科学摄影的先驱。他捕捉到了子弹飞行的画面——这是一项了不起的成就，当时还处于肖像照片都模糊不清的时代，因为随着时间流逝，坐着的人会焦躁不安。马赫关于流线和冲击波的图片震撼了他同时代的人，并在几十年后启发了意大利未来主义者在绘画中捕捉速度的本质。