David Rittenhouse blev født som søn af farmeren Matthias Rittenhouse i Germantown, Pennsylvania. Han blev gift med Eleanor Coulston og derefter efter hendes død med Hannah Jacobs. Han blev astronom, matematiker, instrumentmager og en af de førende amerikanske videnskabsmænd i det 18. århundrede, kun overgået af Benjamin Franklin.

Selvlært viste han tidligt matematiske og mekaniske evner og beherskede Newtons Principia i en engelsk oversættelse. Som ung dreng konstruerede Rittenhouse en model af en vandmølle, og i en alder af 17 år havde han bygget et træur, men da han kun havde ringe mulighed for at gå i skole, uddannede han sig stort set selv ved hjælp af bøger og en kasse med værktøj, som han arvede fra sin onkel David Williams, en møbelsnedker. I en alder af 19 år begyndte han at lave ure og andre mekaniske og videnskabelige apparater.

I løbet af de næste tredive eller fyrre år lavede han mange højt værdsatte og innovative matematiske og astronomiske instrumenter, hvoraf de mest berømte var to orrerier, som han konstruerede til Colleges of New Jersey (nu Princeton University) og Philadelphia (nu University of Pennsylvania). Disse orrerier viser sol- og måneformørkelser og andre fænomener for en periode på 5.000 år enten fremad eller baglæns. Efter at have flyttet til Philadelphia i 1770 brugte Rittenhouse både astronomiske og terrestriske observationer til at kortlægge kanaler og floder og til at fastlægge grænserne mellem mange af de midtatlantiske stater. Han beklædte stillingen som byinspektør i Philadelphia i 1774.

Hans videnskabelige tænkning og eksperimenter gav Rittenhouse betydelig intellektuel prestige i Amerika og i Europa. Han byggede sit eget observatorium på sin fars gård i Norriton uden for Philadelphia. Rittenhouse førte detaljerede optegnelser over sine observationer og udgav en række vigtige værker om astronomi, bl.a. en afhandling, hvori han fremlagde sin løsning til at lokalisere en planets placering i dens bane. Han var en af de førende i det videnskabelige samfund i forbindelse med observationen af Venus’ passage i 1769, hvilket gav ham bred anerkendelse. Han søgte også at løse matematiske problemer og offentliggjorde sin første matematiske artikel i 1792, et forsøg på at bestemme perioden for et pendul. Han eksperimenterede også med magnetisme og elektricitet.

Rittenhouse blev valgt som medlem af American Philosophical Society i 1768 og fungerede i årenes løb som kurator, bibliotekar, sekretær, vicepræsident og fra 1791 til 1796 som dets præsident. Han blev valgt til dets udvalg til at observere Venus’ og Merkurs transitter i 1769 på grundlag af planer, som han havde lavet. I årenes løb modtog han en række æresgrader, bl.a. fra Colleges of New Jersey og Philadelphia. Desuden blev han valgt som medlem af American Academy of Arts and Sciences og som medlem af Royal Society of London.

Rittenhouse brugte sine videnskabelige færdigheder til praktiske formål under den amerikanske revolution. I 1775 begyndte han sin tjeneste i sikkerhedskomiteen som ingeniør, der overvågede lokal støbning af kanoner, forbedring af rifler, forsyning af ammunition og udvælgelse af steder til krudtmøller og magasiner. I slutningen af 1770’erne var Rittenhouse medlem af Pennsylvanias forsamling, Pennsylvanias forfatningskonvent i 1776 og krigsrådet. Fra 1779 til 1787 var Rittenhouse finansminister i Pennsylvania, og fra 1792-1795 var han direktør for United States Mint.

Rittenhouse var Penns professor i astronomi fra 1779 til 1782 og viceprovst i 1780 og 1782. Han tjente også Penn som kurator for University of the State of Pennsylvania (1779-1780 og 1782-1791) og derefter, efter dets forening med College of Philadelphia i 1791, som kurator for University of Pennsylvania (1791-1796).