David Rittenhouse werd geboren als zoon van landbouwer Matthias Rittenhouse in Germantown, Pennsylvania. Hij trouwde met Eleanor Coulston, en na haar dood met Hannah Jacobs. Hij werd astronoom, wiskundige, instrumentmaker en een van de belangrijkste Amerikaanse wetenschappers van de achttiende eeuw, na Benjamin Franklin.

Als autodidact gaf hij al vroeg blijk van wiskundige en mechanische bekwaamheid en beheerste hij Newtons Principia in een Engelse vertaling. Als kleine jongen bouwde Rittenhouse een model van een watermolen, en op zeventienjarige leeftijd had hij een houten klok gebouwd, maar omdat hij weinig gelegenheid had om naar school te gaan, onderwees hij zichzelf grotendeels aan de hand van boeken en een kist met gereedschap, geërfd van zijn oom David Williams, een meubelmaker. Op negentienjarige leeftijd begon hij met het maken van klokken en andere mechanische en wetenschappelijke apparaten.

In de volgende dertig of veertig jaar maakte hij veel hooggewaardeerde en innovatieve wiskundige en astronomische instrumenten, waarvan de beroemdste twee orreries waren die hij bouwde voor de Colleges van New Jersey (nu Princeton University) en Philadelphia (nu de University of Pennsylvania). Deze orreries tonen de zons- en maansverduisteringen en andere verschijnselen voor een periode van 5.000 jaar vooruit of achteruit. Nadat hij in 1770 naar Philadelphia was verhuisd, gebruikte Rittenhouse zowel astronomische als aardse waarnemingen om kanalen en rivieren in kaart te brengen en om de grenzen tussen veel van de Mid-Atlantische staten vast te stellen. In 1774 werd hij stadsopzichter van Philadelphia.

Door zijn wetenschappelijk denken en experimenteren verwierf Rittenhouse een aanzienlijk intellectueel prestige in Amerika en in Europa. Hij bouwde zijn eigen observatorium op de boerderij van zijn vader in Norriton, buiten Philadelphia. Rittenhouse hield gedetailleerde verslagen bij van zijn waarnemingen en publiceerde een aantal belangrijke werken over astronomie, waaronder een artikel waarin hij zijn oplossing uiteenzette voor het bepalen van de plaats van een planeet in zijn baan. Hij was een van de leiders in de wetenschappelijke gemeenschap bij het waarnemen van de Venusovergang in 1769, wat hem veel bijval opleverde. Hij probeerde ook wiskundige problemen op te lossen en publiceerde zijn eerste wiskundige artikel in 1792, een poging om de periode van een slinger te bepalen. Hij experimenteerde ook met magnetisme en elektriciteit.

Rittenhouse werd in 1768 gekozen als lid van de American Philosophical Society en was in de loop der jaren curator, bibliothecaris, secretaris, vice-president, en van 1791 tot 1796 president. Hij werd in 1769 gekozen tot lid van het comité dat de overgangen van Venus en Mercurius moest observeren, op basis van plannen die hij had gemaakt. In de loop der jaren ontving hij een aantal eredoctoraten, waaronder die van de Colleges van New Jersey en Philadelphia. Bovendien werd hij gekozen tot lid van de American Academy of Arts and Sciences, en tot fellow van de Royal Society of London.

Rittenhouse gebruikte zijn wetenschappelijke vaardigheden voor praktische doeleinden tijdens de Amerikaanse Revolutie. In 1775 begon hij zijn dienst in het Comité van Veiligheid als ingenieur die toezicht hield op het ter plaatse gieten van kanonnen, het verbeteren van geweren, de aanvoer van munitie, en het selecteren van locaties voor kruitfabrieken en magazijnen. Eind jaren 1770 was Rittenhouse lid van de Pennsylvania Assembly, de Pennsylvania Constitutional Convention of 1776, en de Board of War. Van 1779 tot 1787 was Rittenhouse penningmeester van Pennsylvania, en van 1792 tot 1795 was hij directeur van de United States Mint.

Rittenhouse was Penns hoogleraar astronomie van 1779 tot 1782 en vice-provoost in 1780 en 1782. Hij diende Penn ook als trustee van de University of the State of Pennsylvania (1779-1780 en 1782-1791) en vervolgens, na de vereniging in 1791 met het College of Philadelphia, als trustee van de University of Pennsylvania (1791-1796).