Aretino, studiò a Firenze alle scuole dei Gesuiti e conseguì la laurea in medicina a Pisa nel 1647. Dopo alcuni viaggi a Roma, Napoli, Bologna, Padova e Venezia, iniziò la professione medica. Nel 1666 venne nominato dal Granduca Ferdinando II (1610-1670) Protomedico e responsabile della "spezieria" e "fonderia" granducale, cariche che, confermategli anche da Cosimo III (1642-1723), mantenne fino alla morte, incarnando un classico esempio di scienziato e cortigiano. Applicò efficacemente nelle scienze naturali lo sperimentalismo dell'Accademia del Cimento.

L'esordio scientifico avvenne con le Osservazioni intorno alle vipere (Firenze, 1664), una memoria, indirizzata a Lorenzo Magalotti (1637-1712), nella quale localizzava la sede del veleno nella vipera, chiarendo il modo con cui esercitava la propria azione tossica. Il vero capolavoro di Redi, destinato a segnare una tappa miliare nella storia della scienza moderna, sono le Esperienze intorno alla generazione degl'insetti (Firenze, 1668). In questo lavoro, dedicato a Carlo Dati (1619-1676), egli confutò la millenaria teoria della generazione spontanea di insetti attraverso un efficace esperimento, che introduceva nel metodo scientifico la procedura seriale e il confronto tra esperimenti di ricerca ed esperimenti di controllo. Nelle Esperienze intorno a diverse cose naturali, e particolarmente a quelle che ci son portate dall'Indie, pubblicate nel 1671 e dedicate a padre Athanasius Kircher (1602-1680), criticato nella precedente memoria per la sua difesa della generazione spontanea, Redi intensificò l'attacco alla inaffidabilità sperimentale della scienza gesuitica. Nel 1684 Redi completò la sua tetralogia biologica con la pubblicazione delle Osservazioni intorno agli animali viventi che si trovano negli animali viventi, un trattato di parassitologia e di anatomia comparata che doveva essere completato da una seconda sezione destinata a non vedere mai la luce.

In campo medico Redi si fece interprete di una riforma in senso naturale della terapeutica che raccomandava la prescrizione di rimedi semplici, i quali, secondo i canoni dell'umoralismo ippocratico, dovevano servire a depurare l'organismo dalle impurità superflue. Svolse inoltre un ruolo decisivo nella individuazione dell'eziologia acarica della scabbia studiata da Giovan Cosimo Bonomo (1666-1696) e Giacinto Cestoni (1637-1718), dimostrando che l'infezione dipendeva dall'aggressione di un microscopico acaro che si riproduceva tramite uova depositate sotto la pelle dei malati.

Il Redi fu anche finissimo letterato. Membro dell'Accademia della Crusca, partecipò attivamente alla redazione della terza edizione del Vocabolario uscita nel 1691. Tra i suoi scritti letterari ebbe grande successo il famoso ditirambo Bacco in Toscana, pubblicato nel 1685 con molte annotazioni erudite. A partire dal 1670 lavorò assiduamente anche ad un Vocabolario di alcune voci aretine.