David Rittenhouse nasceu o filho do agricultor Matthias Rittenhouse em Germantown, Pennsylvania. Ele casou-se com Eleanor Coulston, e depois da sua morte, Hannah Jacobs. Tornou-se astrônomo, matemático, construtor de instrumentos e um dos principais cientistas americanos do século XVIII, depois de Benjamin Franklin.

Self-taught, ele cedo mostrou habilidade matemática e mecânica, e dominou o Principia de Newton em uma tradução para o inglês. Quando jovem, Rittenhouse construiu um modelo de moinho de água, e aos dezessete anos já tinha construído um relógio de madeira, mas tendo poucas oportunidades de frequentar a escola, educou-se em grande parte a partir de livros e de uma caixa de ferramentas herdada do seu tio David Williams, um fabricante de móveis. Aos dezenove anos de idade começou a fazer relógios e outros dispositivos mecânicos e científicos.

Nos trinta ou quarenta anos seguintes ele fez muitos instrumentos matemáticos e astronômicos inovadores e altamente apreciados, dos quais os mais famosos foram dois orreries que ele construiu para as Faculdades de Nova Jersey (atual Universidade de Princeton) e Filadélfia (atual Universidade da Pensilvânia). Estes orreries mostram os eclipses solar e lunar e outros fenômenos por um período de 5.000 anos, tanto para frente como para trás. Depois de se mudar para Filadélfia em 1770, Rittenhouse usou observações astronômicas e terrestres para pesquisar canais e rios e para estabelecer as fronteiras entre muitos dos Estados do Meio Atlântico. Ele ocupou o posto de pesquisador de cidades da Filadélfia em 1774.

O seu pensamento científico e experimentação rendeu a Rittenhouse considerável prestígio intelectual na América e na Europa. Ele construiu seu próprio observatório na fazenda de seu pai em Norriton, fora da Filadélfia. Rittenhouse manteve registros detalhados de suas observações e publicou uma série de trabalhos importantes sobre astronomia, incluindo um artigo apresentando sua solução para localizar o lugar de um planeta em sua órbita. Ele foi um líder na observação da comunidade científica do trânsito de Vênus em 1769, o que lhe rendeu ampla aclamação. Ele também procurou resolver problemas matemáticos, publicando seu primeiro trabalho matemático em 1792, um esforço para determinar o período de um pêndulo. Ele também experimentou com magnetismo e eletricidade.

Rittenhouse foi eleito membro da Sociedade Filosófica Americana em 1768, servindo ao longo dos anos como curador, bibliotecário, secretário, vice-presidente, e de 1791 a 1796, seu presidente. Ele foi eleito para sua comissão de observação dos trânsitos de Vênus e Mercúrio em 1769, com base em planos que ele havia feito. Ao longo dos anos ele recebeu vários títulos honorários, incluindo os das Faculdades de Nova Jersey e Filadélfia. Além disso, foi eleito membro da Academia Americana de Artes e Ciências, e membro da Royal Society of London.

Rittenhouse usou suas habilidades científicas para fins práticos durante a Revolução Americana. Em 1775 ele começou seu serviço no Comitê de Segurança como engenheiro supervisionando a fundição local de canhões, melhoria de rifles, fornecimento de munições e seleção de locais para moinhos de pólvora e armazéns de armazenamento. No final dos anos 1770 Rittenhouse foi membro da Assembléia da Pensilvânia, da Convenção Constitucional da Pensilvânia de 1776, e do Conselho de Guerra. De 1779 a 1787 Rittenhouse foi tesoureiro da Pensilvânia, e de 1792 a 1795 serviu como diretor da Casa da Moeda dos Estados Unidos.

Rittenhouse foi professor de astronomia de Penn de 1779 a 1782 e vice-reitor em 1780 e 1782. Ele também serviu Penn como curador da Universidade do Estado da Pensilvânia (1779-1780 e 1782-1791) e depois, após sua união de 1791 com o College of Philadelphia, como curador da Universidade da Pensilvânia (1791-1796).