Sinh tại New York, Tyson bắt đầu yêu thích Thiên văn học từ năm lên 9 khi ông ghé thăm Cung thiên văn Hayden. Sau khi tốt nghiệp Trường Khoa học Bronx, nơi ông từng là chủ bút của tờ Physical Science Journal (Tập san Khoa học Vật lý), Tyson hoàn thành bằng cử nhân Vật lý ở Đại học Harvard năm 1980. Năm 1983, ông đã có bằng thạc sĩ Thiên văn học ở Đại học Texas ở Austin, sau đó đạt Thạc sĩ (1989) và Tiến sĩ (1991) về Vật lý thiên văn ở Đại học Columbia. Trong 3 năm tiếp theo, Tyson là cộng tác viên nghiên cứu ở Đại học Princeton, và đến năm 1994 ông tham gia Cung Thiên văn Hayden và là nhà nghiên cứu khoa học đồng thời giảng viên không chính thức ở Đại học Princeton. Năm 1996, ông trở thành Giám đốc của Cung Hayden và chịu trách nhiêm giám sát dự án 210 triệu đô la để tu bổ Cung này (dự án hoàn thành năm 2000).
Từ 1995 đến 2005, Tyson viết bài hàng tháng cho mục Vũ trụ của tạp chí Natural History (|Lịch sử tự nhiên), một số bài viết này đã được xuất bản trong cuốn sách Cái chết bởi lỗ đen (Death by black hole- 2007) của ông. Cũng trong thời gian này, ông viết bài hàng tháng cho Tạp chí Star Date, trong mục trả lời câu hỏi về vũ trụ dưới bút danh Merlin. Các bài này cũng xuất hiện trong hai cuốn sách khác của ông: Merlin's Tour of the Universe (Cuộc phiêu lưu vũ trụ của Merlin - 1998) và Just Visiting This Planet (Ghé thăm hành tinh này -1998). Tyson cũng phục vụ trong Ủy ban chính phủ năm 2001 về tương lai của ngành hàng không vũ trụ Hoa Kỳ, và Ủy ban Mặt trăng, Hỏa tinh và xa hơn vào năm 2004. Ông được trao tặng huân chương NASA Distinguished Public Service Medal vào cùng năm này. Từ 2006-2011, Tyson dẫn chương trình truyền hình NOVA ScienceNow trên kênh PBS. Từ năm 2009, ông dẫn chương trình bản tin Star Talk. Vào năm 2014, Tyson dẫn chương trình cho series phim truyền hình Cosmos: A Spacetime Odyssey (Vũ trụ: Một cuộc hành trình không-thời gian), được lấy cảm hứng từ series năm 1980 Cosmos: A Personal Voyage của Nhà thiên văn học Carl Sagan. Viện Hàn lâm khoa học quốc gia Hoa Kỳ đã trao tặng Tyson huân chương Public Welfare Medal vào năm 2015 cho "vai trò đặc biệt trong việc truyến sự phấn khích cho cộng đồng về các kì quan của khoa học".
Twarog, Bruce A.; Tyson, Neil D. (1985). "uvby Photometry of Blue Stragglers in NGC 7789". Astronomical Journal90: 1247. doi:10.1086/113833
Tyson, Neil D.; Scalo, John M. (1988). "Bursting Dwarf Galaxies: Implications for Luminosity Function, Space Density, and Cosmological Mass Density". Astrophysical Journal329: 618. doi:10.1086/166408
Tyson, Neil D. (1988). "On the possibility of Gas-Rich Dwarf Galaxies in the Lyman-alpha Forest". Astrophysical Journal (Letters)329: L57. doi:10.1086/185176
Tyson, Neil D.; Rich, Michael (1991). "Radial Velocity Distribution and Line Strengths of 33 Carbon Stars in the Galactic Bulge". Astrophysical Journal367: 547. doi:10.1086/169651
Tyson, Neil D.; Gal, Roy R. (1993). "An Exposure Guide for Taking Twilight Flatfields with Large Format CCDs". Astronomical Journal105: 1206. doi:10.1086/116505
Tyson, Neil D.; Richmond, Michael W.; Woodhams, Michael; Ciotti, Luca (1993). "On the Possibility of a Major Impact on Uranus in the Past Century". Astronomy & Astrophysics (Research Notes)275: 630
Schmidt, B. P. et al. (1994). "The Expanding Photosphere Method Applied to SN1992am at cz = 14600 km/s". Astronomical Journal107: 1444
Wells, L. A. et al. (1994). "The Type Ia Supernova 1989B in NGC3627 (M66)". Astronomical Journal108: 2233. doi:10.1086/117236
Hamuy, M. et al. (1996). "BVRI Light Curves For 29 Type Ia Supernovae". Astronomical Journal112: 2408. doi:10.1086/118192
Lira, P. et al. (1998). "Optical light curves of the Type IA supernovae SN 1990N and 1991T". Astronomical Journal116: 1006. doi:10.1086/300175
Scoville, N. et al. (2007). "The Cosmic Evolution Survey (COSMOS): Overview". Astrophysical Journal Supplement172: 1. doi:10.1086/516585
Scoville, N. et al. (2007). "COSMOS: Hubble Space Telescope Observations". Astrophysical Journal Supplement172: 38. doi:10.1086/516580
Liu, C. T.; Capak, P.; Mobasher, B.; Paglione, T. A. D.; Scoville, N. Z.; Tribiano, S. M.; Tyson, N. D. (2008). "The Faint-End Slopes of Galaxy Luminosity Functions in the COSMOS Field". Astrophysical Journal Letters672: 198. doi:10.1086/522361