1360年(元朝至正二十年)四月十七日出生于应天府吴王宫。明太祖朱元璋第四子。根据明朝《太常寺志》的记载和明史学家吴晗的考证,其生母为高丽人䂵妃。靖难后自称是孝慈高皇后马氏所生的嫡子。
朱棣十一岁时被封为燕王,受封于北京。由于其侄子明惠帝采取削藩政策,朱棣于建文元年(1399年)七月五日举兵靖难。在姚广孝、袁珙、张玉、朱能等人的协助下,经过真定、白沟、东昌等地的战役,于建文四年(1402年)六月十三日从金川门攻入京师应天府,取得帝位,于六月十七日举行登基典礼,改建文四年为洪武三十五年,次年改元永乐。
永乐元年(1403年)朱棣改北平为北京,作为陪都。永乐四年开始营建北京宫殿。永乐十八年(1420年)十一月四日,朱棣颁诏迁都北京,将其改为京师顺天府,并以应天府为南京。
朱棣篡位后,曾让方孝孺来写劝进文表,方不允,被史无前例地“诛灭十族”。
朱棣在位期间,采取一系列措施来加强中央集权。他改朱元璋时期的“四辅官”制为内阁制,以解缙、杨士奇、杨荣等七名大学士为首任内阁成员,在紫禁城东角门办公,由此开创了内阁时代。朱棣延续了建文帝朱允炆的削藩措施,剥夺亲王的护卫兵力,将北方边疆地区的亲王迁到内地,禁止亲王节制武臣,禁止亲王干预地方事务,并将骄横不法的齐王、代王、谷王废为庶人。朱棣任用纪纲、陈瑛等酷吏,并在永乐十八年(1420年)迁都北京后创立了特务组织东厂。朱棣对建文时期的官员采取严厉的迫害措施,采取了“诛十族”、“瓜蔓抄”等诛戮手段。
朱棣在位期间,下令编纂《永乐大典》,疏浚京杭大运河,修建了北京紫禁城、长陵、南京大报恩寺、武当山宫观等庞大的工程。在东北设立了奴儿干都司,在西北设立了哈密卫,在云贵、两广地区推行改土归流制度,以朝廷任命的流动官员代替世袭的土司。永乐四年(1406年,因藩属国安南发生内乱而派兵南下征讨,将其归并到中国,于永乐六年(1408年)设立交趾布政使司。对于退守到漠北的蒙古势力则亲自征讨达五次之多。朱棣还派遣郑和舰队前往南洋、西洋进行巡访。朱棣还改善了同帖木儿帝国和日本的关系。
永乐二十二年(1424年)七月十七日,朱棣在第五次亲征蒙古的回途中病死于榆木川(今内蒙古多伦)。终年六十五岁。葬于北京昌平天寿山长陵。