Després d’estudiar medicina a Lund i a Uppsala, féu viatges d’exploració científica a Lapònia i anà a doctorar-se a Holanda, on romangué tres anys i on publicà les obres Systema naturae (1735), Fundamenta botanica i Species plantarum (1753). Visità França i Anglaterra, i retornà al seu país l’any 1738. Poc temps després aconseguí la càtedra de botànica a la Universitat d’Uppsala, i començà a reorganitzar el jardí botànic, per encàrrec reial.
Les obres citades li havien proporcionat fama mundial, especialment per la nova i clara classificació de tots els éssers vivents coneguts (que agrupava en classes, ordres, gèneres i espècies). La nomenclatura binària (un mot per al gènere i un altre per a l’espècie) fou introduïda més tard, i constituí una de les innovacions formals més reeixides de l’obra linneana. La creença de Linné en la fixesa de les espècies —debilitada al final de la seva vida, però no rectificada quant als gèneres, que ell considerà sempre independents els uns dels altres— li causà un fort descrèdit a l’època dels primers evolucionistes; però la seva fama com a observador i sistematitzador de la natura ha persistit merescudament, i hom li reconeix avui el mèrit d’una intuïció precoç sobre els equilibris ecològics.
Escriví també altres obres, com Philosophia botanica (1751), Politica naturae i Oeconomia naturae. Diverses obres seves foren traduïdes al castellà, al segle XVIII, per Antoni Palau i Verdera.