David Rittenhouse wurde als Sohn des Farmers Matthias Rittenhouse in Germantown, Pennsylvania geboren. Er heiratete Eleanor Coulston und nach deren Tod Hannah Jacobs. Er wurde Astronom, Mathematiker, Instrumentenbauer und einer der führenden amerikanischen Wissenschaftler des 18. Jahrhunderts, nach Benjamin Franklin.

Als Autodidakt zeigte er schon früh mathematische und mechanische Fähigkeiten und beherrschte Newtons Principia in einer englischen Übersetzung. Als kleiner Junge konstruierte Rittenhouse ein Modell einer Wassermühle, und im Alter von siebzehn Jahren hatte er eine hölzerne Uhr gebaut. Da er jedoch kaum Gelegenheit hatte, eine Schule zu besuchen, bildete er sich weitgehend selbst anhand von Büchern und einer Kiste mit Werkzeugen weiter, die er von seinem Onkel David Williams, einem Möbelhersteller, geerbt hatte. Im Alter von neunzehn Jahren begann er mit der Herstellung von Uhren und anderen mechanischen und wissenschaftlichen Geräten.

In den nächsten dreißig oder vierzig Jahren baute er viele hochgeschätzte und innovative mathematische und astronomische Instrumente, von denen die beiden Orrerien, die er für die Colleges von New Jersey (heute Princeton University) und Philadelphia (heute University of Pennsylvania) konstruierte, die berühmtesten waren. Diese Orrerien zeigen die Sonnen- und Mondfinsternisse und andere Phänomene für einen Zeitraum von 5.000 Jahren vorwärts oder rückwärts. Nach seinem Umzug nach Philadelphia im Jahr 1770 nutzte Rittenhouse sowohl astronomische als auch terrestrische Beobachtungen, um Kanäle und Flüsse zu vermessen und die Grenzen zwischen vielen der mittelatlantischen Staaten festzulegen. Im Jahr 1774 wurde er zum Stadtvermesser von Philadelphia ernannt.

Durch sein wissenschaftliches Denken und seine Experimente erwarb sich Rittenhouse ein hohes intellektuelles Ansehen in Amerika und in Europa. Auf der Farm seines Vaters in Norriton, außerhalb von Philadelphia, errichtete er sein eigenes Observatorium. Rittenhouse führte genaue Aufzeichnungen über seine Beobachtungen und veröffentlichte eine Reihe wichtiger Werke über Astronomie, darunter eine Abhandlung, in der er seine Lösung zur Bestimmung der Position eines Planeten in seiner Umlaufbahn vorstellte. Er war federführend bei der Beobachtung des Venustransits im Jahr 1769 durch die wissenschaftliche Gemeinschaft, was ihm breite Anerkennung einbrachte. Er versuchte auch, mathematische Probleme zu lösen, und veröffentlichte 1792 seine erste mathematische Abhandlung, in der er versuchte, die Periode eines Pendels zu bestimmen. Er experimentierte auch mit Magnetismus und Elektrizität.

Rittenhouse wurde 1768 zum Mitglied der American Philosophical Society gewählt und diente im Laufe der Jahre als Kurator, Bibliothekar, Sekretär, Vizepräsident und von 1791 bis 1796 als deren Präsident. 1769 wurde er in das Komitee zur Beobachtung der Transite von Venus und Merkur gewählt, das auf den von ihm erstellten Plänen basierte. Im Laufe der Jahre erhielt er eine Reihe von Ehrentiteln, unter anderem von den Colleges von New Jersey und Philadelphia. Außerdem wurde er zum Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und zum Fellow der Royal Society of London gewählt.

Rittenhouse nutzte seine wissenschaftlichen Fähigkeiten während der amerikanischen Revolution für praktische Zwecke. Im Jahr 1775 begann er seinen Dienst im Committee of Safety als Ingenieur, der vor Ort den Guss von Kanonen, die Verbesserung von Gewehren, die Versorgung mit Munition und die Auswahl von Standorten für Schießpulvermühlen und Magazine überwachte. In den späten 1770er Jahren war Rittenhouse Mitglied der Versammlung von Pennsylvania, des Verfassungskonvents von Pennsylvania 1776 und des Kriegsrats. Von 1779 bis 1787 war Rittenhouse Schatzmeister von Pennsylvania und von 1792 bis 1795 Direktor der Münzanstalt der Vereinigten Staaten.

Rittenhouse war von 1779 bis 1782 Professor für Astronomie in Pennsylvania und stellvertretender Rektor in den Jahren 1780 und 1782. Er diente Penn auch als Treuhänder der University of the State of Pennsylvania (1779-1780 und 1782-1791) und dann, nach deren Vereinigung mit dem College of Philadelphia 1791, als Treuhänder der University of Pennsylvania (1791-1796).