Якоб Бернулли родился 6 января 1655 года в Базеле. Его семья была родом из Антверпена. В течение трех поколений из этой семьи вышло восемь высоко оцененных математиков, которые внесли значительный вклад в создание прикладной математики и физики. Отец Якоба, Николай Бернулли, был важным членом городского совета. Он был также владельцем успешного бизнеса, который унаследовал от своего отца. Мать Якоба, Маргарета Шонауэр, происходила из влиятельной семьи банкиров. У Якоба было два брата. Сегодня мало что известно о ранней жизни Якоба, кроме того, что он стал студентом Базельского университета, изучал философию и теологию по настоянию своих родителей. Вопреки желанию родителей, он также начал самостоятельно заниматься математикой и астрономией. В 1671 году Якоб Бернулли окончил Базельский университет со степенью магистра философии. Впоследствии в 1676 году он получил степень бакалавра по теологии. Отказавшись от должности в церкви, математик переехал в Женеву в том же году. Там, чтобы содержать себя, давал уроки. Примерно в 1679 году он переехал во Францию и два года учился у последователей Рене Декарта, известного философа, математика и ученого. Позже Якоб продолжил обучение в Нидерландах и Англии.
В 1683 году, вернувшись в Швейцарию, Бернулли преподавал основы механики в Базельском университете. Одновременно он начал изучать новые открытия в области математики и приступил к исследованиям по этому предмету. Вместе со своим братом Иоганном они занялись изучением интегрального исчисления. В 1685 году была опубликована работа по параллелям логики и алгебры в виде брошюры, далее последовала статья по теории вероятности. В 1687 году, после назначения профессором математики в Базельском университете, была опубликована третья крупная работа Бернулли, на этот раз по геометрии, которая дала конструкцию для разделения треугольника на четыре равные части с двумя перпендикулярными линиями. Немного позже именно этим ученым было установлено, что относительная частота, с которой происходит событие, равна вероятности события. Впоследствии возник «Закон больших чисел в теории вероятности».
1684 год ознаменовался для Якоба Бернулли женитьбой на Юдит Штупанус. У них было двое детей: сын по имени Николай (в честь деда) и дочь (имя неизвестно). Двое племянников Якоба стали позже известными математиками, но никто из его собственных детей не пошел по стопам своего отца. Сначала ученый работал совместно со своим братом Иоганном, но позже они стали соперниками и публично нападали друг на друга. К 1697 году отношения между ними стали настолько ожесточенными, что они даже не разговаривали между собой. Якоб Бернулли умер 16 августа 1705 года.