دوران کودکی و نوجوانی
او در فریمان واقع در ۷۵ کیلومتری شهر مشهد در یک خانواده اصیل روحانی چشم به جهان می‌گشاید. پس از طی دوران طفولیت به مکتبخانه رفته و به فراگیری دروس ابتدایی می‌پردازد. در سن دوازده سالگی به حوزه علمیه مشهد عزیمت نموده و به تحصیل مقدمات علوم اسلامی اشتغال می‌ورزد. در سال ۱۳۱۶ علیرغم مبارزه شدید رضاخان با روحانیت و علیرغم مخالفت دوستان و نزدیکان، برای تکمیل تحصیلات خود عازم حوزه علمیه قم می‌شود در حالی که به تازگی موسس آن آیت الله العظمی حاج شیخ عبدالکریم حائری یزدی دیده از جهان فروبسته و ریاست حوزه را سه تن از مدرسان بزرگ آن آیات عظام سید محمد حجت، سید صدرالدین صدر و سید محمد تقی خوانساری به عهد گرفته‌اند.
دوران جوانی
در دوره اقامت پانزده ساله خود در قم از آیت الله العظمی بروجردی (در فقه و اصول) و امام خمینی (به مدت ۱۲ سال در فلسفه ملاصدرا و عرفان و اخلاق و اصول) و علامه سید محمد حسین طباطبائی (در فلسفه : الهیات شفای بوعلی و دروس دیگر) بهره می‌گیرد. قبل از هجرت آیت الله العظمی بروجردی به قم نیز استاد مطهری گاهی به بروجرد می‌رفته و از محضر ایشان استفاده می‌کرده‌است. وی مدتی نیز از آیت الله حاج میرزا علی آقا شیرازی در اخلاق و عرفان بهره‌های معنوی فراوان برده‌است. از اساتید دیگر استاد مطهری می‌توان از آیت الله سید محمد حجت (در اصول) و آیت الله سید محمد محقق داماد (در فقه) نام برد. وی در مدت اقامت خود در قم علاوه بر تحصیل علم، در امور اجتماعی و سیاسی نیز مشارکت داشته و از جمله با فدائیان اسلام در ارتباط بوده‌است. در سال ۱۳۳۱ در حالی که از مدرسین معروف و از امیدهای آینده حوزه به شمار می‌رود به تهران مهاجرت می‌کند. در تهران به تدریس در مدرسه مروی و تألیف و سخنرانی‌های تحقیقی می‌پردازد. در سال ۱۳۳۴ اولین جلسه تفسیر انجمن اسلامی دانشجویان توسط استاد مطهری تشکیل می‌گردد. در همان سال تدریس خود در دانشکده الهیات و معارف اسلامی دانشگاه تهران را آغاز می‌کند. در سالهای ۱۳۳۷ و ۱۳۳۸ که انجمن اسلامی پزشکان تشکیل می‌شود. استاد مطهری از سخنرانان اصلی این انجمن است و در طول سالهای ۱۳۴۰ تا ۱۳۵۰ سخنران منحصر به فرد این انجمن می‌باشد که بحثهای مهمی از ایشان به یادگار مانده‌است.
فعالیت‌های سیاسی
او کنار امام بوده‌است به طوری که می‌توان سازماندهی قیام پانزده خرداد در تهران و هماهنگی آن با رهبری امام را مرهون تلاش‌های او و یارانش دانست. در ساعت ۱ بعد از نیمه شب روز چهارشنبه پانزده خرداد ۱۳۴۲ به دنبال یک سخنرانی مهیج علیه شخص شاه به وسیله پلیس دستگیر شده و به زندان موقت شهربانی منتقل می‌شود و به همراه تعدادی از روحانیون تهران زندانی می‌گردد. پس از ۴۳ روز به دنبال مهاجرت علمای شهرستانها به تهران و فشار مردم، به همراه سایر روحانیون از زندان آزاد می‌شود.
پس از تشکیل هیئت‌های مؤتلفه اسلامی، استاد مطهری از سوی امام خمینی همراه چند تن دیگر از شخصیت‌های روحانی عهده دار رهبری این هیئت‌ها می‌گردد. پس از ترور حسنعلی منصور نخست وزیر وقت توسط محمد بخارایی کادر رهبری هیئت‌های موتلفه شناسایی و دستگیر می‌شود، ولی از آنجا که قاضی ای که پرونده این گروه تحت نظر او بود مدتی در قم نزد استاد تحصیل کرده بود به ایشان پیغام می‌فرستد که حق استادی را به جا آوردم و بدین ترتیب استاد مطهری از مهلکه جان سالم بدر می‌برد.