David Rittenhouse nació como hijo del granjero Matthias Rittenhouse en Germantown, Pennsylvania. Se casó con Eleanor Coulston y, tras su muerte, con Hannah Jacobs. Llegó a ser astrónomo, matemático, fabricante de instrumentos y uno de los principales científicos estadounidenses del siglo XVIII, sólo superado por Benjamín Franklin.

De forma autodidacta, demostró muy pronto su capacidad matemática y mecánica, y dominó los Principia de Newton en una traducción al inglés. De joven, Rittenhouse construyó un modelo de molino de agua, y a los diecisiete años ya había construido un reloj de madera, pero al tener pocas oportunidades de asistir a la escuela, se educó a sí mismo con libros y una caja de herramientas heredada de su tío David Williams, un fabricante de muebles. A los diecinueve años comenzó a fabricar relojes y otros dispositivos mecánicos y científicos.

Durante los siguientes treinta o cuarenta años fabricó muchos instrumentos matemáticos y astronómicos muy apreciados e innovadores, de los cuales los más famosos fueron dos orrerías que construyó para los Colegios de Nueva Jersey (actual Universidad de Princeton) y Filadelfia (actual Universidad de Pensilvania). Estos orreries muestran los eclipses solares y lunares y otros fenómenos durante un periodo de 5.000 años hacia adelante o hacia atrás. Tras trasladarse a Filadelfia en 1770, Rittenhouse utilizó tanto las observaciones astronómicas como las terrestres para realizar estudios de canales y ríos y establecer los límites entre muchos de los Estados del Atlántico Medio. Ocupó el cargo de agrimensor de la ciudad de Filadelfia en 1774.

Su pensamiento científico y su experimentación le valieron a Rittenhouse un considerable prestigio intelectual en América y en Europa. Construyó su propio observatorio en la granja de su padre en Norriton, a las afueras de Filadelfia. Rittenhouse llevó un registro detallado de sus observaciones y publicó varios trabajos importantes sobre astronomía, incluido un documento en el que exponía su solución para localizar el lugar de un planeta en su órbita. Fue uno de los líderes de la comunidad científica en la observación del tránsito de Venus en 1769, lo que le valió un amplio reconocimiento. También trató de resolver problemas matemáticos, publicando su primer trabajo matemático en 1792, un esfuerzo por determinar el periodo de un péndulo. También experimentó con el magnetismo y la electricidad.

Rittenhouse fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Americana en 1768, sirviendo a lo largo de los años como conservador, bibliotecario, secretario, vicepresidente, y de 1791 a 1796, su presidente. Fue elegido miembro de su comité para observar los tránsitos de Venus y Mercurio en 1769 sobre la base de los planes que había realizado. A lo largo de los años recibió varios títulos honoríficos, entre ellos los de los Colegios de Nueva Jersey y Filadelfia. Además, fue elegido miembro de la Academia Americana de las Artes y las Ciencias y miembro de la Royal Society de Londres.

Rittenhouse utilizó sus conocimientos científicos con fines prácticos durante la Revolución Americana. En 1775 comenzó a prestar sus servicios en el Comité de Seguridad como ingeniero que supervisaba la fundición local de cañones, la mejora de los rifles, el suministro de munición y la selección de emplazamientos para los molinos de pólvora y los almacenes. A finales de la década de 1770, Rittenhouse fue miembro de la Asamblea de Pensilvania, de la Convención Constitucional de Pensilvania de 1776 y del Consejo de Guerra. De 1779 a 1787 Rittenhouse fue Tesorero de Pensilvania, y de 1792 a 1795 fue director de la Casa de la Moneda de los Estados Unidos.

Rittenhouse fue profesor de astronomía de Penn de 1779 a 1782 y vicerrector en 1780 y 1782. También sirvió a Penn como fideicomisario de la Universidad del Estado de Pensilvania (1779-1780 y 1782-1791) y luego, tras su unión en 1791 con el Colegio de Filadelfia, como fideicomisario de la Universidad de Pensilvania (1791-1796).