David Rittenhouse föddes som son till jordbrukaren Matthias Rittenhouse i Germantown, Pennsylvania. Han gifte sig med Eleanor Coulston och efter hennes död med Hannah Jacobs. Han blev astronom, matematiker, instrumentmakare och en av 1700-talets ledande amerikanska vetenskapsmän, näst efter Benjamin Franklin.

Självlärd visade han tidigt matematisk och mekanisk förmåga och behärskade Newtons Principia i engelsk översättning. Som ung pojke konstruerade Rittenhouse en modell av en vattenkvarn och vid sjutton års ålder hade han byggt en träklocka, men eftersom han hade små möjligheter att gå i skolan utbildade han sig till stor del själv med hjälp av böcker och en låda med verktyg som han ärvde av sin farbror David Williams, en möbelmakare. Vid nitton års ålder började han tillverka klockor och andra mekaniska och vetenskapliga anordningar.

Under de följande trettio eller fyrtio åren tillverkade han många mycket uppskattade och innovativa matematiska och astronomiska instrument, varav de mest berömda var två orrerier som han konstruerade för högskolorna i New Jersey (numera Princeton University) och Philadelphia (numera University of Pennsylvania). Dessa orrerier visar sol- och månförmörkelser och andra fenomen för en period på 5 000 år antingen framåt eller bakåt. Efter att ha flyttat till Philadelphia 1770 använde Rittenhouse både astronomiska och terrestriska observationer för att kartlägga kanaler och floder och för att fastställa gränserna mellan många av de mellanatlantiska staterna. Han innehade posten som stadslantmätare i Philadelphia 1774.

Hans vetenskapliga tänkande och experimenterande gav Rittenhouse stor intellektuell prestige i Amerika och Europa. Han byggde ett eget observatorium på sin fars gård i Norriton utanför Philadelphia. Rittenhouse förde detaljerade protokoll över sina observationer och publicerade ett antal viktiga arbeten om astronomi, bland annat en uppsats där han presenterade sin lösning för att lokalisera en planets plats i dess omloppsbana. Han var en ledare för forskarsamhällets observation av Venus övergång 1769, vilket gav honom ett brett erkännande. Han försökte också lösa matematiska problem och publicerade sin första matematiska uppsats 1792, ett försök att bestämma perioden för en pendel. Han experimenterade också med magnetism och elektricitet.

Rittenhouse valdes in som medlem i American Philosophical Society 1768 och tjänstgjorde under årens lopp som kurator, bibliotekarie, sekreterare, vice ordförande och från 1791 till 1796 som dess ordförande. Han valdes in i dess kommitté för att observera Venus- och Merkuriuspassagerna 1769, baserat på planer som han hade gjort. Under årens lopp fick han ett antal hedersdiplom, bland annat från högskolorna i New Jersey och Philadelphia. Dessutom valdes han till medlem av American Academy of Arts and Sciences och fellow av Royal Society of London.

Rittenhouse använde sina vetenskapliga kunskaper för praktiska ändamål under den amerikanska revolutionen. År 1775 inledde han sin tjänstgöring i säkerhetskommittén som ingenjör som övervakade lokal gjutning av kanoner, förbättring av gevär, leverans av ammunition och val av platser för krutkvarnar och magasinförråd. I slutet av 1770-talet var Rittenhouse medlem av Pennsylvanias församling, Pennsylvanias konstitutionella konvention från 1776 och krigsstyrelsen. Från 1779 till 1787 var Rittenhouse skattmästare i Pennsylvania, och från 1792 till 1795 var han chef för United States Mint.

Rittenhouse var Penns professor i astronomi från 1779 till 1782 och vice provost 1780 och 1782. Han tjänade också Penn som förvaltare av University of the State of Pennsylvania (1779-1780 och 1782-1791) och sedan, efter dess förening med College of Philadelphia 1791, som förvaltare av University of Pennsylvania (1791-1796).