在当时，知识分子大都以参加科举考试为出路，宋应星也是如此。明代时，生员参加每三年一次在省会举行的乡试，考中的称举人；举人参加每三年一次(乡试的次年)在京师举行的会试，考中的再经过殿试，称进士，头名进士就是状元。万历四十三年(1615)，宋应星和他的大哥宋应升一起参加江西省乡试，两人同榜考中举人，宋应星名列第三。同年冬，他俩兴致勃勃地离开家乡，来到京师北京，于次年参加会试，结果没有考中。事后得知，这次考试有严重舞弊行为，状元的考卷竟是别人代作的。这样的事怎不令人气愤！宋应星想到祖父和父亲在科举道路上消磨青春的辛酸遭遇，功名心不由得冷淡下来。他回到家里，很感慨地把自己的书房命名为“家食之间堂”，意思是：宁愿在家吃普通百姓的饭，不追求做官吃俸禄。此后，他虽然还和大哥一道参加过几次会试，但历试未中，于是愈来愈把精力用于游历考察，通过实际见闻，把各地农业和手工业的生产技术和经验，点点滴滴地记录下来，为编写一部科技专着作准备。
崇祯四年(1631)的会试，宋应星没有参加。他大哥宋应升这一回是第六次应试不中，就在北京等候选官(会试不中的举人可以候选官员)，结果被派为浙江桐乡县知县。崇祯七年(1634)，宋应星已经47岁了，大概由于家庭生计等原因，他到本省袁州府的分宜县，任县学教谕。教谕是县学教官，级别很低，月俸只有二石米钱，是当时一般士大夫鄙薄的所谓冷官。
当冷官有个好处，就是事少闲暇多。所以宋应星当了四年教谕，能专心致志地从事着作。崇祯九年(1636)，他写了议论当时政局的《野议》，并把另一部着作《画音归正》交给友人刊印。崇祯十年四月，完成了准备已久的科技专着《天工开物》；同年六月、七月，先后写了《论气第八种》和《谈天第九种》，都是关于自然学说的着作。
崇祯十一年(1638)，宋应星升任福建汀州府(府治在今长汀县)推官——掌管刑狱审判的官员。推官，当然是根据封建王朝的法律办事的。不过，宋应星为官清廉，比较关心民间疾苦，所以名声很好，州里不少老百姓的家里还挂了他的画像以示敬仰。崇祯十三年(1640)，上司责备他没有全力镇压“海盗”，他一气之下，就卸任回家。
宋应星在家乡住了三年，平日以诗文自娱，流传下来的有《思怜诗》一卷。就在这几年，李自成、张献忠领导的农民大起义正在猛烈地发展着，各地农民纷纷响应。崇祯十六年(1643)，奉新县就有一支以木工李肃十为首的农民队伍起来反抗官府。宋应星在一般情况下是同情穷苦人民的，但当人民起来造反，在他的家乡点燃了起义烈火时，他为维护地主阶级的统治地位，终于直接参与了当地官府豪绅镇压起义的罪恶活动。李肃十率领的起义队伍很快就被镇压下去了。宋应星因此受到官府的保荐，于这年七月任亳州(今安徽亳县)知州，知州是州的行政长官。亳州一度被李自成起义军攻占过，这时虽然仍归明政府管治，但明王朝在农民大起义的沉重打击和清兵的进攻下，就像一艘漂荡在大海中的破船，即将覆没了。
崇祯十七年(1644)三月，李自成率领农民军打进北京，推翻了明朝中央政权。不久，农民军失利，清军于五月间进占北京。清王朝终于继明王朝之后，成为统治全国的新王朝。明朝几个藩王曾在南方建立过小朝廷，历史上称为南明，到清顺治十八年(1661)也最后覆亡。宋应星在清兵入关后就弃官回家。此后，他的胞兄宋应升和其他一些亲友，在南方参加过抗清活动。据宋应星一个族侄为他写的传记，他曾任滁和道和南瑞兵巡道。而这应该是他在南明政权担任的官职，可见他也投入过抗清斗争。他在抗清失败后的归宿，缺乏记载，传说他晚年云游四方，不知所终；有的书上说他可能卒于顺治康熙之交。有关宋应星生平的历史资料极少，解放后发现了他的《野议》、《思怜诗》、《论气》、《谈天》四种着作，从而提供了了解他的政治思想和自然学说的新材料。
《天工开物》的写作思想
宋应星在《天工开物》中感慨地写道：富贵人家的纨绔子弟把劳动人民看作罪犯，读死书的经生则把“农夫”一词当作骂人的话语；人们餐餐吃饭，“知其味而忘其源者众矣”。又说：那些王孙帝子，生长深宫，虽然御厨饭香，宫衣锦绣，却没有见过农具和织机；对这些人来说，打开《天工开物》的图卷看看，是能使他们长些见识的。他在序言之末愤懑地挥笔直书：请热衷于仕途的“大业文人”们把这本书扔在一边吧，“此书于功名进取毫不相关也”。
不是为了功名利禄，而是出于关心国计民生，出于重视社会生产和商品经济的发展，重视农业和手工业的应用技术，宋应星才从事编写《天工开物》这部巨着。
宋应星重视社会生产和商品经济的发展，重视人的劳动技能和生产工具，这是进步的观点。宋应星具有这样的观点，又进行了长期的实地考察和研究工作，终于写出了《天工开物》这部不朽之作。
《天工开物》的各卷内容
“天工开物”一语是什么意思呢？“天工”一词最早见于先秦古籍《尚书》；“开物”一词源出另一先秦古籍《易经·系辞上》。天工指的自然力，开物则指的人工。在宋应星看来，包括天地万物在内的整个自然界，是靠自身的运动变化(所谓“天工”)形成的。但是“人工”往往“巧夺天工”，有许多先进的发明创造。《天工开物》一书就论述了劳动者“巧夺天工”的技艺。总的来说，在人类社会中，是由于“天工”和“人工”的共同作用，才创造出万物。“天工开物”的意思就是“自然和人工共同开创万物”。
《天工开物》广泛地总结了我国古代主要是明代的农业和手工业的技术成就，内容充实，文字简洁，插图生动，别有风格，不愧为我国古代一部百科全书式的杰出的农艺学和工艺学的文献。全书分上中下三部，再依不同生产部门，编列十八卷；各卷标题多引用古书中词句，大概是表明该项生产古已有之。现将各卷内容简介如下：
第一卷“乃粒”：指谷物粮食。《尚书》有“燕民乃粒”句，指民众粮食。本卷记述稻、麦、粱、粟(小米)、胡麻(芝麻)和菽(豆类)等各种作物的种植技术、农具以及灌溉机械的使用方法。
第二卷“乃服”：指衣服。古代蒙学始本《千字文》有“乃服衣裳”一语。本卷介绍养蚕、缫丝、棉和麻的栽培以及纺织的技术，附有各种纺织机械的构造和操作技术。
第三卷“彰施”：指染色。《尚书》有“以五采彰施于五色作服”一语。本卷记述了二十四种颜色的质料、七种染料植物的种植和染色的方法。
第四卷“粹精”：指谷物加工，取得谷物中纯粹、精华的部分。本卷介绍稻、麦、黍(糜子)、稷(黍的一种)、小米、高粱、芝麻、豆类等粮食的加工方法。
第五卷“作咸”：指制造食盐。《尚书》有“润下作咸”一语。本卷记述海盐、池盐、末盐(用地碱煎的盐)和崖盐(岩盐)的生产技术。
第六卷“甘嗜”：指制糖。本卷介绍种蔗、制糖、养蜂以及用谷物制造糖浆的技术。
第七卷“陶埏”：指陶瓷生产。《旬子》有“陶人埏埴(揉粘土)而为器”一语。本卷介绍烧制砖瓦、缸瓮和其他陶瓷器的生产。
第八卷“冶铸”：叙述钟、鼎、锅、炮、钱和铜镜、佛像等的铸造、原料配备、造型工艺及铸件修补方法。
第九卷“舟车”：叙述车辆和船舶的种类、结构、制造方法以及驾驶操作技术。
第十卷“锤锻”：叙述冶铁(锤、锻、焊接等)、炼钢、冶铜(熔、锤、焊及合金)和锻铸斧、锄、锉、锥、锯、刨、凿、锚、针等各种铁件的技术。
第十一卷“燔石”：指烧制矿石。本卷介绍烧炼石灰、蛎灰、矾石、硫黄、砒石，以及开采煤炭的技术。
第十二卷“膏液”：指油脂生产。本卷叙述各种食油、灯油和制烛用油的榨油技术。
第十三卷“杀青”：指造纸。《后汉书》有“欲杀青简以写经书”一语。本卷介绍制造各种纸张的技术。
第十四卷“五金”：关于金、银、铜、铁、锡、铅、倭铅(锌)等金属矿物的开采和冶炼技术。
第十五卷“佳兵”：指兵器。先秦哲学着作《老子》有“夫佳兵者，不祥之器。”一语。本卷讲弓、弩(用机械发射的弓)、箭、干(盾牌)、火药和各种火器的制造技术。
第十六卷“丹青”：指颜料。《汉书》有“丹青所画”一语。本卷叙述朱砂、水银、银朱和烟墨的制造技术。朱砂即辰砂(硫化汞矿物)，可从中提炼水银(汞)，也可作红色颜料或药物用。银朱是由水银加硫黄后升华而成的硫化汞，也可作红色颜料。
第十七卷“曲蘖”：曲指酒母；蘖原意为稻麦等的萌芽，此处指用稻麦酿酒。本卷讲制造酒曲、配药用的神曲、防腐用的红曲和酿酒的技术。
第十八卷“珠玉”：讲述珍珠、玉石、玛瑙、水晶等采取和琢制加工的技术。
除上述十八卷外，原来还有“观象”、“乐律”两卷。全书付刻前，宋应星感到自己对这两门学问研究得还不够，便把这两篇删掉了。
《天工开物》各卷的先后次序，宋应星在自序中说，是根据“贵五谷而贱金玉之义”编排的。关于粮食和副食品的生产技术的叙介，占了全书三分之一的篇幅，体现了以农业为本的传统思想。宋应星在重农的传统基础上，又以很大的注意力移到手工业生产方面，书中关于手工业生产的卷数占总卷数的三分之二。宋应星重视手工业生产，这是同当时的商品经济比较发达、手工业品的需求有所增长、手工业生产技术有所改进的情况相适应的。书中关于各项生产部门的记述，涉及品种、来源、产区、工具使用、制造方法、操作过程、天然灾害等等许多方面，比较完整地、全面地反映出当时农业和手工业生产技术发展的情况。
《天工开物》初刻本还附有一百二十一幅插图，描绘了一百三十多项生产技术和工具的名称、形状、工序。图中出现了二百七十多名劳动人民的形象：有耕耘田地的农民，有织制彩锦的工匠，有航行江海的船夫，有许多年老工人，也有牧童少年，还有从事纺织的妇女，以及入河采玉的少数民族，此外，还有在演习和作战中的士兵。看着这许多生动的画面，我们好像被带进到了三百多年前的生产现场。用这么多的画面来表现劳动生产和劳动者，这无论在我国还是世界的古代科技书上都是罕见的。插图中有结构比较复杂的机械图，如花机、水碓、水车等，比例大体恰当，具有立体感，绘制的技巧相当高。这些插图，对于研究我国古代(特别是明代)的科技史和劳动人民的生产活动，是很重要的形象资料，已为现代中外科技史着作所大量引用。
《天工开物》的科学价值
《天工开物》记述了我国古代在当时世界上处于先进水平的生产技术，书中讲到的许多机械和工艺体现了我国古代劳动人民的智慧和创造力。这里试从几个方面，来谈一谈《天工开物》的科学价值。
1.农业和生物学方面
我国是世界上最大的农作物起源中心，很多农作物是我国古代劳动人民最早从野生植物驯化选育而成的。明代时农业生产更有所发展，以水稻生产为例。《天工开物》就作了详细的记述。书中谈到品种和浸种、育秧、分栽的技术，谈到早稻、晚稻和间作的双季稻的栽培方法，记录了某些水稻品种的变异现象。关于施肥，除举出人畜粪便、榨油枯饼、草皮、木叶等以外，还提到南方用磨绿豆粉的水浆灌田，黄豆价贱时以豆作肥料，这是以前的农书中所没有谈到的。关于改良土壤，讲到对土性带冷浆者施用骨灰和少量石灰，对土质坚硬者要用烧土法；这是我国关于合理使用磷肥的最早记录。并于耕作和田间管理，记载了耕、耙、耘、耔(培土)的工具和技术。灌溉方法，记述了筒车、牛车、踏车、拔车等各种水车和井上汲水工具桔梓等灌溉工具的使用效率。此外，还总结了水稻因遇水、旱、风、虫、雀鸟啄食等而出现的八种灾害及其防治方法，这在古农书中也是罕见的。《天工开物》讲到的水稻耕作技术，有许多直到现代还在使用。
《天工开物》广泛地记载了各地农作物的品种和特性，叙及土壤、气候、栽培方法对作物品种变化的影响。例如：南方水稻因干旱缺水的影响，经过人工培育而变成旱稻，可在高地种植；在北方，大麦品种“随土而变”，黍粒的大小则受土质肥瘦和季节的影响。宋应星在大量观察的基础上得出结论说：“五谷不能自生，而生人生之”，这是指农作物要靠人工培育；“种性随水土而分”，这是说物种因环境条件的变化，经过人工培育，可以改变品种的特性。这个结论是符合科学的。
我国养蚕业有悠久的历史和丰富的经验。《天工开物》记述了将黄茧蚕同白茧蚕杂交，培育褐茧蚕，又将“早雄”(一化性雄蛾)同“晚雌”(二化性雌蛾)配种杂交，从而培育出“嘉种”的经验。这是生物学史上的珍贵记录，说明利用杂交优势，在我国古代已经出现。
