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在哥白尼之后，第一位公开支持日心说理论的人是德国天文学家、数学天才约翰内斯·开普勒。
开普勒是虔诚的基督徒，坚信上帝依照几何的蓝图建造了宇宙，他认为如果自己能理解上帝的蓝图，就会更加接近造物主。
他运用欧氏几何（Euclid’s geometry）为已知的诸行星的运行轨迹建立了模型，发现太阳应该居于空间中央，众行星环绕太阳运行。于是他得出结论：太阳位于诸行星的中心，也是诸行星运行的推动者。他的宇宙模型反映了他的精神世界的观念：圣父就如同伟大的太阳，处于被造物的中央。这一模型也与日心说的理论相符。
开普勒第二定律：行星与太阳中心的连线在单位时间内扫过的面积相等。
此后，他又用10年时间苦心研究火星难以预测的轨迹（他偶然间获得了这颗行星的数据），并将此称为自己“对火星发起的战争”，直到他意识到，他的假设存在根本性的错误。“那就像是我从梦中醒来，眼前闪过一道全新的光芒。”已知的诸行星的公转轨道不可能是哥白尼的模型中所描述的正圆，而应该是以太阳为焦点的卵形的椭圆（即开普勒第一定律）。行星在近日点时公转速度最快，在远日点时公转速度最慢。除此之外，假设连接太阳与行星的中心，则两者的连线在单位时间内扫过的面积相等，这便是开普勒第二定律，可以根据它计算出行星运行到轨道上任意一点时的速度。开普勒第三定律则是依靠几何数据和行星公转周期计算出行星与太阳的距离。
开普勒关于行星运动的三大定律推翻了天体依照正圆运行的观点，宇宙学被这一观点主导已2000余年之久。80年后，艾萨克·牛顿将会做出开普勒定律的数学解释，并在这一基础上完成有关万有引力的研究。
现代人对太阳系的认识大都建立在开普勒定律的基础上。他为我们提供了具有实用意义的定律——比如我们可以运用这些定律计算人造“卫星”（该词由开普勒创造）以及航天器的轨道数据。
日心说虽然是一个实用的太阳系模型，但天文学家之后会发现，日心说并非完全准确。太阳并不是宇宙的中心，而是无数恒星中的一颗。
开普勒5岁时，他的雇佣兵父亲就不幸离世，1年之后，他的母亲带他去山顶看流星时，他对天文学的兴趣显现了出来。
开普勒终生都是路德宗信徒，他一度想成为牧师，但按照习俗，他要学习其他学科的课程，因此他了解了新兴的日心说，并最终成为这一理论坚定的支持者。他在格拉茨（Graz，今属奥地利）新教学院（Protestant school）教授数学和天文学，但欧洲愈演愈烈的宗教冲突数次打乱了他的生活。格拉茨驱逐了所有新教徒，开普勒与家人逃往布拉格（Prague）避难，并在那里协助丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）编写了一套新的天文表。布拉赫于1601年去世，之后开普勒接任了罗马帝国皇帝鲁道夫二世（Rudolf Ⅱ）的皇家数学家的职位，并受托完成天文表。
开普勒深陷于17世纪欧洲的宗教冲突之中。1620年，其母亲卡特丽娜（Katharina）被捕入狱，被指控为女巫，将受到酷刑的折磨。虽然在这起案件中开普勒为母亲提供了帮助，但还是经历了冗长的法庭争辩后卡特丽娜才得以释放。
当布拉格转而排斥新教徒时，开普勒又不得不搬到林茨（Linz，今属奥地利）居住。1626年，“三十年战争（Thirty Years’ War）”的战火又烧到了林茨，这座城市被天主教的军队包围。宗教冲突使他无法专心工作，颠沛流离的生活又使他已经获得的研究成果无法保存，开普勒最终高烧不治，在雷根斯堡（Regensburg，今位于德国西南部）去世。他的墓地已无从寻找，但墓志铭尚有保存：
“我曾测天高，今欲量地深。我的灵魂来自上天，凡俗肉体归于此地。”