Hijo de un médico que lo orientó hacia la medicina, estudió con los jesuitas en Jaca y luego en el Instituto de Huesca. En 1869, inició la carrera de medicina en Zaragoza, donde su padre ejercía como médico de la beneficencia.
Se doctoró en 1877 y se integró como profesor de la Facultad de Medicina de Zaragoza, de cuyos museos anatómicos pasó a ser director en 1879. Ese mismo año se casó con Silveria Fañanás.En 1883 ganó la cátedra de anatomía de Valencia y en 1887 pasó a ocupar la cátedra de histología creada en la Facultad de Medicina de la Universidad de Barcelona.
Entre 1888 y 1889, publicó una serie de trabajos que sentaron las bases histológicas de la neurología moderna, defendiendo la idea de que las neuronas se mantenían en contacto entre sí sin fusionarse. Su esquema estructural del sistema nervioso como un conglomerado de unidades discretas y definidas pasó a conocerse como "doctrina de la neurona".
En 1906 compartió con C. Golgi el Premio Nobel de Fisiología y Medicina.
Sin lugar a dudas, Santiago Ramón y Cajal fue uno de los grandes científicos de nuestra era. Gracias a él entendemos un poco más el cerebro, cuya complejidad no se ha acabado de descubrir del todo a día de hoy.
"Sólo son desgraciados el loco incapaz de escoger sus ensueños y el enfermo a quien el dolor impide soñar". Santiago Ramón y Cajal