Nel 1900 consegue la laurea al Politecnico di Zurigo, allievo di H.Minkowski, e nel 1905 pubblica quello che probabilmente è il suo lavoro più noto: la "teoria della relatività ristretta", la cui formulazione segna una tappa fondamentale nella fisica moderna.

Questa teoria, che si fonda sul principio che le leggi fisiche sono le stesse per ogni sistema inerziale, e che la velocità della luce nel vuoto è una costante indipendente dalla velocità della sorgente luminosa, rivela i limiti della meccanica newtoniana, valida solo per descrivere il moto di oggetti, la cui velocità è molto minore di quella della luce.

Nel 1907 pubblica la spiegazione dell'effetto fotoelettrico, ampliando le idee che Planck aveva espresso pochi anni prima riguardo le onde elettromagnetiche.
Professore di fisica teorica presso l'università di Zurigo e di Praga, nel 1913 diventa membro dell'Accademia di Prussia.

Nel 1916 nei "Fondamenti della relatività generale", partendo dal postulato dell'equivalenza fra tutti i sistemi inerziali e non, espone una nuova "teoria della gravitazione" che rappresenta una revisione della teoria gravitazionale di Newton.
All'avvento del nazismo, nel 1932, è costretto ad emigrare negli USA ove assume, fino alla sua morte, l'incarico di professore presso l'Institute for Advanced Study du Princeton, nel New Jersey.