Родился в Лисморе (Ирландия). Английский физик и химик, член Лондонского Королевского общества. Образование получил в колледже Итона и в Женевской академии. С 1644 г. жил в своем имении в Столбридже, где проводил химические исследования, с 1656 г. – в Оксфорде, а в 1668 г. переехал в Лондон.
Научная деятельность Бойля и в физике, и в химии была основана на экспериментальном методе и развивала атомистическую теорию. В 1660 г. он открыл закон изменения объема газов (в частности, воздуха) с изменением давления. Позднее он получил имя закона Бойля–Мариотта: независимо от Бойля этот закон сформулировал французский физик Мариотт.
Бойль много занимался изучением химических процессов, протекающих при обжиге металлов, сухой перегонке древесины, превращениях солей, кислот и щелочей. В 1654 г. он ввел в науку понятие анализа состава тел. В 1661 г. в книге «Химик-скептик» Бойль определил элемент как «первоначальные и простые, вполне несмешанные тела и на которые последние могут быть в конце концов разложены»; он ввел понятие о «первичных корпускулах» как элементах и «вторичных корпускулах» как сложных телах.
Он также впервые дал объяснение различиям в агрегатном состоянии тел. В 1660 г. Бойль получил ацетон, перегоняя ацетат калия, в 1663 г. обнаружил и применил в исследованиях кислотно-основный индикатор лакмус в лакмусовом лишайнике, произрастающем в горах Шотландии. В 1680 г. он разработал новый способ получения фосфора из костей, получил ортофосфорную кислоту и фосфин.
В Оксфорде Бойль принял деятельное участие в основании научного общества, которое в 1662 г. было преобразовано в Лондонское Королевское общество (английская Академия наук).
Роберт Бойль умер в 1691 г., оставив будущим поколениям богатое научное наследие. Бойлем было написано множество книг, некоторые из них вышли в свет уже после смерти ученого: часть рукописей была найдена в архивах Королевского общества.