در چهار سالگی به مکتب رفت. سپس به دبستان دولتی ثروت که بعدها ۱۵ بهمن نامیده شد وارد شد. در امتحان ورودی دبستان در کلاس ششم پذیرفته شد ولی به این علت که سن کمی داشت در کلاس چهارم نشست. در آزمون‌های پایان دورهٔ دبستان در شهر دوم شد و به دبیرستان سعدی رفت. پس از شهریور ۱۳۲۰، در سال دوم دبیرستان، همکاری‌اش با شاگردان مدرسه‌های دینی بیشتر شد و به طلبه شدن علاقه پیدا کرد. سرانجام در سال ۱۳۲۱ و در سن چهارده سالگی دبیرستان را رها کرد و به مدرسه صدر بازار رفت.فرزند او سید علیرضا حسینی بهشتی، عضو هیئت علمی دانشکدهٔ علوم انسانی دانشگاه تربیت مدرس، دبیرکل جمعیت توحید و تعاون و از بازداشت‌شدگان ناآرامی‌های انتخابات ریاست جمهوری دهم است. سید محمدرضا حسینی بهشتی دیگر فرزند او، دانشیار فلسفه دانشگاه تهران و عضو پیوستهٔ فرهنگستان هنر است. ملوک‌السادات حسینی بهشتی، فرزند ارشد او، استادیار پژوهشی پژوهشگاه علوم و فناوری اطلاعات ایران است.در سال ۱۳۲۱ وارد مدرسهٔ صدر شد و پس از آموختن زبان و ادبیات عربی، منطق، کلام و سطوح فقه و اصول، در سال ۱۳۲۵ راهی قم شد و به مدرسهٔ حجتیه رفت. در قم خارج فقه و اصول را نزد سید محمد محقق داماد و روح‌الله خمینی فراگرفت و در درس سید حسین طباطبایی بروجردی، سید محمد تقی خوانساری و سید محمد حجت کوه کمری نیز حاضر می‌شد. بخشی از کفایه را نزد مرتضی حائری یزدی و بخش دیگر آن را به همراه مکاسب نزد محقق داماد خواند. درس منظومه منطق و کلام که در اصفهان نیمه‌کاره مانده بود به دلیل کم بودن استاد فلسفه در قم ادامه نیافت و بیشتر به فقه و اصول می‌پرداخت. در کنار تحصیلش در قم، همانند اصفهان، تدریس نیز می‌کرد و درآمد زندگی‌اش را از این راه برآورده می‌کرد.در سال ۱۳۲۷ دیپلم ادبی را با شرکت در آزمون متفرقه گرفت و به دانشکدهٔ علوم معقول و منقول (دانشکدهٔ الهیات و علوم اسلامی کنونی) دانشگاه تهران وارد شد. گواهی کارشناسی رشتهٔ معقول (فلسفه و حکمت اسلامی) را در سال ۱۳۳۰ از دانشگاه تهران دریافت کرد. عنوان پایان‌نامهٔ او «بساطت یا ترکب جسم» بود که آن را با هدایت محمود شهابی خراسانی با درجهٔ عالی به پایان رساند.بهشتی پس از گرفتن کارشناسی تصمیم داشت برای یادگیری فلسفهٔ غرب با بورس تحصیلی‌ای که در آن پذیرفته شده بود به اروپا سفر کند. در آن زمان او در کلاس‌های فلسفه در گفتگوهایی که می‌شد اشکال می‌گرفت، با استاد جدل می‌کرد و استاد نیز به همان شیوه پاسخش را می‌داد و گاه حتی پرسش و پاسخ‌ها به داد و فریاد کشیده می‌شد. به همین دلیل از فلسفهٔ اسلامی ناامید شده بود. در همان دوره محمدحسین طباطبایی از تبریز به قم می‌آید. بهشتی به این استاد جدید هم امیدی نداشت و فقط به دلیل پافشاری دوستش مرتضی مطهری، در یک جلسه از کلاس‌های وی حاضر شد. پس از کلاس اشکالی که به درس وی داشت به او گفت. طباطبایی با دقت به حرف او گوش کرد و با او با آرامش و بدون تعصب و تندی بحث کرد. این برخورد طباطبایی روی بهشتی اثر ژرفی گذاشت، به گونه‌ای که او از آموختن در خارج از کشور پشیمان شد و به قم بازگشت. در درس‌های اسفار ملاصدرا و کتاب شفای ابن سینا و نیز کلاس‌های گفت و شنید کتاب اصول فلسفه و روش رئالیسم نزد سید محمدحسین طباطبایی حضور می‌یافت. در این دوره بخشی از وقتش را به آموزش درس زبان انگلیسی در دبیرستان‌های قم اختصاص می‌داد، از جملهٔ آن‌ها دبیرستان حکیم‌نظامی بود. در ۱۳۳۳ نیز دبیرستان دین و دانش را در قم بنیان نهاد. در سال ۱۳۳۵ دورهٔ دکترای خود را در رشتهٔ فلسفه آغاز کرد. اما با توجه به سفر به آلمان نتوانست به موقع دوره را به پایان برساند و سرانجام در سال ۱۳۵۳ از پایان‌نامه دکترای خود با نام «مسائل ما بعد الطبیعه در قرآن» دفاع کرد.

در سال ۱۳۳۹ به‌همراه علی مشکینی، عبدالرحیم ربانی شیرازی و سید محمدرضا گلپایگانی و آموزگاران دیگر برآمدند تا به حوزهٔ علمیهٔ قم سازماندهی بیشتری بدهند. این تلاش به تهیهٔ طرح و برنامه‌ای هفده ساله برای فراگیری علوم اسلامی انجامید. این طرح پایهٔ برپایی مدرسه‌هایی چون مدرسه حقانی شد.هر چند که در سال‌های ۱۳۲۹ و ۱۳۳۰ و ۱۳۳۱ در گردهمایی‌ها و نشست‌های سیاسی نهضت ملی شدن صنعت نفت در تهران و اصفهان شرکت می‌کرد، اما به گونه پیگیر تلاش‌های خود به رهبری روح‌الله خمینی را در سال ۱۳۴۱ و با تشکیل کانون دانش‌آموزان قم، با همراهی محمد مفتح، آغاز کرد. پس از سخنرانی او در جشن روز مبعث در دانشگاه تهران، هسته‌ای پژوهشی برای پژوهش پیرامون حکومت اسلامی تشکیل شد. به دستور ساواک، از قم به تهران فرستاده شد و در آن‌جا با هموندان هیئت‌های موتلفه اسلامی ارتباط برقرار کرد. با پیشنهاد شورای مرکزی مؤتلفه، سیدروح‌الله خمینی برای این گروه شورای روحانیت و فقاهت تعیین کرد که محمد بهشتی به همراه مرتضی مطهری، محی الدین انواری و مهدی مولایی تشکیل دهندهٔ آن بودند. در سال ۱۳۴۳ در اثر فشار ساواک از آموزش و پرورش منتظر خدمت شد. در سال ۱۳۴۳ کار ساختمان مسجدی در هامبورگ که ساخت آن با حمایت سید حسین طباطبایی بروجردی و هزینه شاه آغاز شده بود، رو به پایان بود. به دلیل بازگشت محمد محققی لاهیجی (نمایندهٔ سید حسین طباطبایی بروجردی) به ایران، مسلمانان هامبورگ از مراجع قم برای مسجد درخواست روحانی کردند. سید محمدهادی میلانی و مرتضی حائری یزدی، بهشتی را برای این کار انتخاب کردند. از سوی دیگر به دلیل جان‌باختن نخست‌وزیر حسن علی منصور به دست فداییان اسلام و نقش شاخهٔ نظامی هیئت‌های موتلفه در آن، دوستان بهشتی به دنبال خارج کردن او از کشور بودند. نخست ساواک از صدور گذرنامه برای این سفر جلوگیری کرد. اما با تلاش سید احمد خوانساری این مشکل برچیده شد و او در اسفند ۱۳۴۳ به آلمان رفت و در شکل‌گیری مرکز اسلامی هامبورگ و اتحادیه انجمن‌های اسلامی دانشجویان در اروپا (گروه فارسی‌زبانان) ایفای نقش کرد. در این مدت به سفر حج رفت و نیز سفرهایی به ترکیه، سوریه، لبنان و عراق برای آشنایی با تلاش‌های اسلامی و دیدار با موسی صدر و روح‌الله خمینی انجام داد. در ۱۳۴۹ سفری به ایران داشت که در آن سفر از سوی ساواک ممنوع‌الخروج شد و اقامت ۵ سالهٔ او در آلمان پایان یافت.پس از بازگشت به ایران، دوباره در آموزش و پرورش مشغول به کار شد و سپس به عنوان کارشناس ارشد در کتاب‌های علوم دینی در سازمان تدوین کتاب‌های درسی ایران اشتغال داشت و به همراه محمد جواد باهنر به گردآوری کتاب‌های درسی برای مدرسه‌ها پرداخت. وی همچنین از سوی وزارت فرهنگ به مأموریت‌هایی، از جمله به آبادان، فرستاده شد. علاوه بر آن در کنار کارهای علمی و تکمیل کتاب‌های در دست نگارشش و کارهای حوزه، جلسه‌های تفسیر قرآن را در «مکتب قرآن» برگزار می‌کرد که دختران و پسران جوان در آن شرکت می‌کردند. نیز در مناسبت‌های گوناگون به سخنرانی می‌پرداخت. در فروردین ۱۳۵۴ به اتهام اقدام علیه امنیت ملی بازداشت شد و چند روزی را در زندان کمیته مشترک ضدخرابکاری گذراند. پس از آن دیگر جلسات تفسیر ادامه نیافت. از سال ۱۳۵۵ در تلاش‌هایی برای ایجاد هسته‌های تشکیلاتی شرکت داشت که به ایجاد جامعه روحانیت مبارز انجامید. از سال ۱۳۵۶ با اوج‌گیری انقلاب بر دامنهٔ کوشش‌هایش افزود. در بهار ۱۳۵۷ سفری به اروپا و آمریکا داشت. هدف او در این سفر دیدار با دانشجویان و استادان دانشگاه و هماهنگی حرکت‌های سیاسی گروه‌های باورمند به رهبری روح‌الله خمینی بود. پس از سفر خمینی به فرانسه نیز برای دیدار با او به پاریس رفت. در عاشورای ۱۳۵۷ پس از سخنرانیش بازداشت شد و مدت کوتاهی را در زندان اوین و کمیتهٔ مرکزی بود. با پیروزی انقلاب اسلامی در سال ۱۳۵۷ او دبیر شورای انقلاب بود. به دلیل باور نیرومند به کار حزبی در ۲۹ اسفند ۱۳۵۷ حزب جمهوری اسلامی را به همراه سید عبدالکریم موسوی اردبیلی، اکبر هاشمی رفسنجانی، سید علی خامنه‌ای و محمد جواد باهنر بنیان کرد که به زودی به مخالفان سرسخت رئیس‌جمهور ابوالحسن بنی صدر تبدیل شد. بهشتی در انتخابات مجلس خبرگان قانون اساسی شرکت کرد و برای تدوین قانون اساسی انتخاب شد.در ۴ اسفند ۱۳۵۸ به دستور روح‌الله خمینی، ریاست دیوان عالی کشور یعنی بلندپایه‌ترین مقام قضایی در آن زمان را بر عهده گرفت و تا زمان ترور شدنش در این سمت بود. ۲۲ اسفند ۱۳۵۹ در نامه‌ای به سید روح‌الله خمینی با اشاره به حمایت‌های وی از بنی‌صدر اینگونه نوشت: «اگر اداره جمهوری اسلامی به وسیله صاحبان بینش دوم (بنی صدر) را در این مقطع اصلح می‌دانید، ما به همان کارهای طلبگی خویش بپردازیم و بیش از این شاهد تلف شدن نیروها در جریان این دوگانگی فرساینده نباشیم.» با اصرار محمد بهشتی (رئیس دیوان عالی کشور) و علی قدوسی (دادستان کل انقلاب اسلامی) در از ۲۰ شهریور ۱۳۵۹ اسدالله لاجوردی دادستان انقلاب تهران شد.

در ۲ تیر ۱۳۶۰ پس از برکناری ابوالحسن بنی‌صدر به همراه محمد علی رجایی و اکبر هاشمی رفسنجانی عضو شورای موقت ریاست جمهوری شد.وی در شامگاه ۷ تیر سال ۱۳۶۰ در بمب‌گذاری در دفتر حزب جمهوری اسلامی منسوب به سازمان مجاهدین خلق ایران در حین سخنرانی در تالار حزب جمهوری اسلامی کشته شد. سازمان مجاهدین خلق تا به امروز مسئولیت این انفجار را بر عهده نگرفته و همچنین انکار نکرده‌است. جزئیات بمب‌گذاری به این شکل است که یک بمب بر ستون اصلی ساختمان حزب و یک بمب دقیقاً زیر تریبون بهشتی قرار داده شده که بعد از انفجار سقف پایین می‌آید و چندین نفر کشته و زخمی می‌شوند. بر اساس گفته خبرگزاری تسنیم یکی از جملاتی که چندین نفر به عنوان آخرین جمله بهشتی ذکر کرده‌اند، قریب به این مضمون است که بهشتی پس از چند لحظه مکث می‌گوید: «بچه‌ها بوی بهشت می‌آید، شما هم می‌فهمید بوی بهشت را؟ آیا این عطر دلنشین نیست؟»بنابر اسناد ساواک از اعترافات وحید افراخته، او ادعا کرده‌است در سال ۵۴ نیز سازمان مجاهدین خلق به دنبال ترور بهشتی بوده‌است. تقی شهرام معتقد بوده‌است چون این کار از نظر تبلیغاتی صلاح نیست، بهتر است با روش‌هایی چون زیر گرفتن بهشتی توسط اتومبیل این کار انجام شود. به هر حال در سال ۵۴ این کار توسط این سازمان عملی نمی‌شود. بعد از کشته شدن سید محمد بهشتی، خمینی رهبر جمهوری اسلامی به قضات قوه قضائیه دستور داد تا وقتی عصبانی هستید دست به قضاوت نزنید.خانه سید محمد بهشتی در محله قلهک تیر ۹۲ به موزه سرا تبدیل و افتتاح شد. این منزل از دو بخش تشکیل شده‌است و هنرمندان سعی کردند که هر دو بخش را به نمایش بگذارند؛ یک بخش مربوط به زندگی اجتماعی بهشتی همچون قسمت اتاق جلسات است که در این منزل اتفاقات زیادی در قبل و بعد از انقلاب اسلامی رخ داد و او حداقل دو بار با یورش مأموران ساواک بازداشت شد؛ همچنین جلسات متعددی میان نواندیشان دینی، شورای انقلاب، شورای روحانیت مبارز که در این مکان شکل گرفته که مربوط به زندگی اجتماعی او در این منزل است. بخش دیگر قسمت خانوادگی این بنا است که تداعی کننده خاطراتی از رفتارهای او با خانواده است.