Nascido em Freshwater, na Ilha de Wight, sendo filho do reverendo John Hooke - religião Anglicana - foi o ultimo dos seus quatro filhos. Desde criança sofreu de sinusite e bronquite; mais tarde, tinha enxaquecas, má digestão (a ponto de anotar em seu diário quando encontrava uma comida que não lhe fizesse mal), insônia e, quando conseguia dormir, pesadelos. Cedo interessou-se por modelos mecânicos e pelo desenho, tendo-se revelado, inclusive, um excelente desenhista. Estudou línguas clássicas e se fascinou com a obra de Euclides.
Hooke começou a sua instrução na Westminster School. Em 1653, Hooke conquistou um lugar na Universidade de Oxford. Aí, conheceu Robert Boyle, e desempenhou as funções de seu assistente. Em 1660, descobriu a Lei de Hooke da elasticidade, a qual descreve a variação linear da tensão com a extensão de uma mola elástica. Em 1662, Hooke foi nomeado Curador de Experiências na recentemente criada Royal Society e foi responsável por experiências conduzidas nas suas reuniões.
Em 1664, passou a ser remunerado pela Royal Society, embora mal e com atraso, pelos trabalhos exercidos, sendo assim um dos primeiros cientistas assalariados. Com a morte do seu desafeto, Henry Oldenburg, foi eleito secretário da Royal Society onde permaneceu no cargo até 1682. Em 1665 publicou um livro intitulado Micrographia, que consta de descrições de observações microscópicas e telescópicas e de alguma biologia original. Com efeito, o termo "célula" é atribuído a Hooke.
Na Micrographia , pela primeira vez foi feita descrições de um numero enorme de observações com microscópio, ilustradas com cerca de 60 belíssimas pranchas - a imagem de uma pulga sendo talvez a mais conhecida - que atestou o talento artístico de Hooke. O livro desvelou um mundo novo e extraordinariamente diversificado, deixando evidente a importância do instrumento construído para explorá-lo, e consolidou o uso das imagens na comunicação científica.
Nesta obra Hooke descreve o microscópio composto e expõe muitas de suas observações originais: o olho composto da mosca, a estrutura do ferrão de uma abelha e de penas, o movimento das asas de um inseto, os cristais de neve, a estrutura irregular da ponta de uma agulha e do fio de uma navalha. Além dessas observações analisou cabelos, pêlos e fios, desenvolveu a ideia de que era possível a produção de um fio artificial como o da seda, também registrou e desenhou a famosa observação sobre as células existentes na cortiça e em outros vegetais.
Também em 1665, foi nomeado professor de Geometria no Gresham College.Foi um arquiteto muito competente e participou do projeto de reconstrução de Londres após o grande incêndio de 1666
Robert Hooke também alcançou fama enquanto principal ajudante de Christopher Wren na reconstrução que se seguiu ao Grande Incêndio de Londres, em 1666. Trabalhou no Observatório de Greenwich e no infame Bethlehem Hospital, Bedlam.
Doutor Busby era o melhor amigo de Robert Hooke,reitor da faculdade de Oxford. Ambos nutriam paixão ardente por Elizabeth Bernays, empregada doméstica de Busby. Hooke teve uma infância muito conturbada, além de seus problemas de saúde, enfrentava muitas dificuldades financeiras. Seu pai John Hooke suicidou-se em 1648 deixando ao filho uma quantia de 100 libras, pois, tinha em mente que seu filho pudesse tornar-se um relojoeiro. Quando Hooke foi para Londres levou suas reservas de herança e apresentou ao Dr. Busby, o reitor da escola, que lhe dedicou grande amizade, constituindo-se em incentivador constante de sua carreira.
Em 1682 Hooke abandonou a Secretaria da Royal Society, mas continuou a enviar contribuições à entidade, pesquisando todos os campos da ciência desde a natureza da memória até os estudos sobre os fósseis. Em 1687, com a morte de sua sobrinha - pessoa de sua maior estima que lhe era muito dedicada - Robert Hooke teve sua saúde abalada. A partir de 1696 Hooke piorou da saúde, sofreu de pernas inchadas, dores peito, tonturas, caquexia, cegueira - possivelmente sintomas de doenças cardiovasculares e diabetes.
Morreu em 3 de março de 1703, em Londres, deixando £ 9580 e uma pequena propriedade sobre a ilha de Wight. Ao seu funeral compareceram todos os sócios da Royal Society, em reconhecimento do seu mérito como cientista. Assim que Hooke morreu, Newton assumiu a Royal Society e a partir daí não foram encontrados nenhum retrato autenticado de Hooke.
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