Es doctorà en medicina a Leiden (1749), però s’establí a Berwickshire el 1754 per a dedicar-se a la gestió de la seva pròpia granja. El 1768 marxà a Edimburg, on els seus estudis feren que hom el consideri actualment un dels pares de la geologia. Defensà la teoria del plutonisme, la qual assegurava que les roques eren el producte solidificat del magma interior de la Terra. L’any 1785 publicà Theory of the Earth, on introduí el concepte que dècades després Charles Lyell anomenà uniformitarisme, que consisteix en què la història de la Terra pot ser interpretada a partir dels processos bàsics observats tots els dies pels geòlegs moderns. La seva obra no tingué un gran ressò durant la seva vida i es divulgà anys després de la seva mort mercès a la publicació d'Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth (1802), obra de John Playfair.