Ia adalah putera dari Justo Ramón and Antonia Cajal, lahor di Petilla de Aragón, Spanyol. Pada masa kecilnya, ia sering berpindah sekolah karena perilaku buruknya dan sikap anti otoritas. Salah satu contoh ekstrem tindakan pemberontakannya adalah ia sempat ditahan pada usia 11 tahun karena menghancurkan pagar kota dengan meriam buatannya sendiri.
Ramón y Cajal mengenyam pendidikan kedokteran di Zaragoza, dan lulus pada 1873. Setelah lulus, ia bekerja sebagai petugas medis untuk tentara Spanyol. Salah satu tugasnya, ia dikirim ke Kuba. Setelah pulang ke Spanyol, ia menikah dengan Silveria Fañanás García pada 1879 yang memberikannya empat puteri dan tiga putera.
Ia menjadi profesoruniversitas pada Universitas Valencia pada tahun 1881, dan pad thuan 1883 ia menerima gelar doktorkedokteran di Madrid. Ia menjabat menjadi direktur Museum Zaragoza (1879), direktur Institut Nasional Ilmu Kesehatan (1899), pendiri Laboratorio de Investigaciones Biológicas (1922) (kelak berganti nama menjadi Instituto Cajal atau Institut Cajal). Ia meninggal di Madrid pada tahun 1934.
Karya dan teori
Karya Ramón y Cajal yang paling terkenal adalah mengenai struktur sistem saraf pusat. Cajal menggunakan teknik histologis yang dikembangkan oleh Camillo Golgi. Golgi menemukan bahwa dengan memberikan larutan perak kromat pada jaringan otak, maka akan relatif sedikit neuron (sel saraf) yang ternoda. Cara demikian memudahkan Golgi mengamati lebih detail dari struktur neuron dan memberikan suatu kesimpulan bahwa jaringan saraf adalah sebuah retikulum (jaringan) yang berkesinambungan dari sel-sel yang saling berhubungan.
Dengan menggunakan metode Golgi. Ramón y Cajal menemukan kesimpulan yang berbeda dari Golgi. Ia postulat bahwa sistem saraf dibangun dari milyaran neuron yang terpisah dan sel-sel tersebut terpolarisasi. Tidak seperti pendapat Golgio yang mengatakan neuron membentuk jaringan yang berkesinambungan, Ramón y Cajal mengatakn neuron-neuron tersebut berkomunikasi antara satu yang lainnya dengan hubungan khusus yang disebut sinapsis. Kata "sinapsis" diberikan kelak oleh Sherrington pada 1897. Hipotesis ini menjadi dasar doktrin neuron, yang mengatakan satuan individual dari sistem saraf adalah sebuah neuron tunggal. Pada masa berikutnya, mikroskop elektron menunjukkan membran sel neuron secara lengkap dan hasilnya mendukung teori Ramón y Cajal, dan melemahkan teori retikuler Golgi.
Bagaimanapun, dengan penemuan sinapsis, beberapa pendapat mengatakan teori Golgi paling tidak masih dapat diterima sebagian. Untuk karya ini, Ramón y Cajal dan Golgi berbagi dalam hadiah Nobelkedokteran pada 1906.
Ramón y Cajal juga berpendapat bahwa akson tumbuh melalui konus pertumbuhan pada ujungnya. Ia memahami bahwa sel saraf dapat menangkap sinyal kimiawi yang menandakan arah pertumbuhan. Proses ini dikenal dengan kemotaksis.
Ia menerbitkan lebih dari 100 karya ilmiah dan artikel dalam bahasa Prancis, bahasa Spanyol, dan bahasa Jerman. Karyanya yang terkenal adalah Rules and advices on scientific investigation (Aturan dan Adpis dalam Investigasi Ilmiah), Histology (Histologi), Degeneration and regeneration of the nervous system (Degenerasi dan Regenerasi Sistem Saraf), Manual of normal histology and micrographic technique (Panduan Histologi Normal dan Teknik Mikrografis), Elements of histology (Dasar Histologi), Manual of general pathological anatomy (Panduan Patologi Anatomi Umum), New ideas on the fine anatomy of the nerve centres (Pendapat Baru mengenai Anatomi Pusat Saraf), Textbook on the nervous system of man and the vertebrates (Buku Teks Sistem Saraf Manusia dan Hewan Bertulang Punggung), and The retina of vertebrates (Retina Hewan Bertulang Punggung).
Pada 1905, ia menerbitkan lima buku fiksi ilmiah, "Vacation Stories" dengan samaran "Dr. Bacteria."
