祖沖之字文遠，范陽郡遒縣人，429年出生在一個小官吏家中。他的曾祖父祖臺之，擔任晉朝時的侍中。他的祖父祖昌在劉宋朝廷裡任大匠卿，他的父親祖朔之，是一個閒散的地方官員。
祖沖之在年輕時就開始鑽研科學技術。南朝宋孝武帝劉駿曾把他請到一個研究專門學術的機關來，賜給他宅院車馬，任命他為南徐州刺史的佐官，三公官府的幕僚官員。
祖沖之從461年起，開始出仕在劉宋朝廷裡當一名小官。他歷任南徐州（今山東南部、江蘇西產和安徽一部分）從事吏、司徒府的工府參軍等職務，他還作過婁縣（今江蘇少崑山縣東北）令、謁者僕射（掌管朝廷宴會，臣子們朝見皇帝及其重大受封典禮的禮節官）。直到齊五朝，祖沖之才被調任長水校尉，負責管理少數名族部隊的事務。
祖沖之是一位聞名於世的偉大數學家。在數學方面，他繼承了魏晉時期數學家劉徽的成就。劉徽創造了用“割圓術”來計算圓周率的科學方法，並求得圓周率為361416。祖沖之在劉徽“割圓術”的基礎上，繼續精心推算，最後算出圓周率的值在3.1415926和3.1415927之間，並提出了圓周率的約率為22/7和它的密度為355/113，密率值要比德國人鄂圖和荷蘭人安託尼北早一千多年。因此，日本數學家三上義夫曾建議把密率355/113稱為“祖率”，以此來紀念世界偉大數學家祖沖之。祖沖之還著有《綴術》和《九章術義注》。《綴術》書名意思是“學官莫能究其深奧，是故廢而不理”，書中包括圓周率計算方法和求球體積的正確公式（可能還涉及三次方程的求解問題）。唐代，《綴術》正式被列為研習數學的十大經典之一，中世紀時日本、朝鮮學校還將它列為必讀書籍。
祖沖之還是著名的天文學家，他編制的《大明曆》在我國曆法史上具有劃時代意義。祖沖之治學嚴謹，從不“虛推古人”，而是採取揚棄的態度汲取精華，剔除糟粕。他深入研究《黃帝歷》、《顓頊歷》、《夏曆》、《殷歷》、《周曆》和《魯歷》這六種曆法，並提出了自己獨到的見解。
祖沖之出仕後，並不迷戀官場，而是繼續研習學問，他十年如一日地觀測日影長度。在長期的天文觀測過程中，他獲得了許多寶貴的資料，隨著這第一手資料的日積月累，祖沖之終於在462年，第一次提出了代表世界最先進的最完善的歷法《大明曆》。當時沒有得到強烈反映，祖沖之上書宋孝武帝劉駿，請求停止施行《元嘉歷》，頒佈《大明曆》，可是宋孝武帝遲疑不決，不知到底哪一部曆法更好，便組織雙方代表進行辯論。《元嘉歷》的支持者，太子旅賁中郎將戴法興假冒獲得曆法，出來攻擊祖沖之的新曆法《大明曆》。身為一個小小的南徐州從事史的祖沖之為捍衛真理，毅然接受太子的挑戰，將太子、戴法興荒謬的觀點批駁得支離破碎，體無完膚。在大量的事實和論據面前，太子只得敗下陣來。宋孝武帝便決定在465年更改年號的同時，頒佈新曆，遺憾的是，送孝武帝恰在這前一年去世。新曆就一直沒能實施。直到510年，在祖沖之的兒子祖𣈶的努力下，才開始在梁施行，這時的祖沖之已逝世十年了，祖𣈶為了完成父親的遺志，苦心讀書，鑽研天文、數學。
在機械製造方面，祖沖之也有著重大的成就。東晉大將劉裕，即後來的劉宋開國皇帝。在長安打仗時曾繳獲了一輛舊指南車，劉裕視這舊指南車為珍寶，小心翼翼地又將它帶回江南。但是指南車許多部件已失散，不能自動指南，必須要靠人來轉動木人才能轉轉而指向南方。祖沖之便悉心研究它的構造原理，最後決定用銅來代替木頭，提高了指南車的靈敏度。指南車的改造，是我國機械史上的一項偉大突破。後來，祖沖之還製作了水推磨，南齊武帝肖賾還親自去觀看過。他又模仿諸葛亮，造出了一種新型省力的運輸工具-木牛流馬。他又針對當時海上運輸的重要性，製造了一種水上運輸工具-千里船，造成後他把“千里船”放在新亭江試驗，“千里船”日行百餘里，引起了各界的關注，這也是我國造船業上一項重大突破，為我國的造船史增添了光輝的一頁。
此外，祖沖之還精通音樂、文學，他一生中還研究過音樂，研究過文學，流傳於後世的著作又《述異記》十卷。祖沖之自幼博涉經史、好為文章、通曉音律。他的《述異記》，或用白描，或施彩筆，不拘一格。作為一位傑出的科學家，祖沖之還能再文學方面取得如此輝煌的成就，這也是繼東漢科學家、天文家張衡之後，少有的幾位之一。
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