Nato a Digne, fu prima canonico nella sua città natale, e quindi professore di filosofia ad Aix e, più tardi, di astronomia e matematica al Collège de France. La sua formazione di stampo prevalentemente umanistico giocò un ruolo decisivo nell'orientare le sue scelte in ambito filosofico. Dalla lettura di Seneca, Plutarco, Cicerone e Lucrezio, oltre che di Erasmo, Charron e Montaigne, Gassendi trasse spunti e suggestioni che si rivelarono estremamente influenti nella maturazione di un suo personale sistema filosofico. Le opere di questi autori condussero infatti Gassendi verso un impianto di pensiero fortemente incline all'empirismo e largamente venato di scetticismo, nonché vivacemente critico della metafisica legata ad Aristotele e alla scolastica. L'esigenza di sfuggire al dominio della tradizione aristotelica lo indusse a volgersi verso altri pensatori, e, in particolare, verso Epicuro. Gassendi riconobbe nell'atomismo propugnato dal pensatore greco un programma di ricerca particolarmente fecondo per la nascente scienza sperimentale. Le scoperte operate in quegli anni dalla microscopia vennero interpretate, da Gassendi e da molti suoi contemporanei, come una seria convalida dell'atomismo, e concorsero all'enorme successo che le tesi del canonico di Digne ottenne tra gli intellettuali europei del tempo.

Le ricerche di Gassendi presentano notevole interesse soprattutto nei campi dell'astronomia e della dinamica. Nel primo settore, egli svolse accurate e prolungate osservazioni di cui rese minuziose testimonianze. Nell'ambito della fisica del moto, invece, la sua opera si segnala soprattutto per la conferma della scienza del moto elaborata da Galileo.

Gassendi sviluppò un'interessante concezione dello spazio, che considerò come un infinito vuoto tridimensionale, assolutamente immobile e omogeneo, che esiste in sé anche in assenza di corpi che ne definiscano le parti. Questa intuizione metafisica, in qualche modo antesignana della concezione newtoniana dello "spazio assoluto", era condivisa anche da alcuni tra i protagonisti del dibattito sull'esistenza del vuoto della prima metà del Seicento (per esempio da Otto von Guericke). Contrariamente alla fisica cartesiana - che identificava materia ed estensione, negando alla radice la possibilità stessa di uno "spazio vuoto" - la concezione di Gassendi riteneva che il "vuoto" fosse ammissibile a partire dalla nozione stessa di spazio.