Linneo nació en una localidad del sur de Suecia en el seno de una familia de clase media. Estudió la carrera de medicina, accediendo a tratados de botánica que satisficieron el interés que había mostrado desde niño por las plantas. Enseguida se interesó por las teorías de reproducción sexual de las plantas, y comenzó a utilizar los órganos reproductores de las plantas con flor para clasificar y catalogar los especímenes según el sistema de Tournefort. En 1729 escribe una tesis sobre la reproducción sexual de las plantas y en 1730 es llamado para dar clases de botánica en la Universidad de Upsala. Linneo comienza entonces a dudar de la idoneidad del sistema de Tournefort y decide crear uno propio. En 1732 la Real Sociedad de Ciencias de Upsala le envía a Laponia en un viaje de exploración para recoger muestras e investigar la etnografía del lugar. El viaje de exploración de Linneo duró seis meses, durante los cuales recorrió unos 2.000 Km, observando y recogiendo una gran cantidad de plantas, aves y rocas. Aunque Laponia es una región pobre en biodiversidad, Linneo describió un centenar de plantas previamente desconocidas que publicaría posteriormente en Flora lapponica (1737).

Tras doctorarse en medicina en Holanda en 1735 con una tesis sobre la malaria, Linneo publica Systema Naturae, donde expone sus teorías sobre la clasificación del mundo natural. En 1736 viaja a Inglaterra donde visita, entre otros naturalistas, a Sir Hans Sloane y su enorme colección. Al año siguiente Linneo publica Genera Plantarum, un trabajo en el que se describen casi 1.000 géneros de plantas.

Tras ejercer como médico en Estocolmo hasta 1741, se le otorga la cátedra de medicina en Uppsala, que cambiará por la de botánica en 1742 y que ocupará durante el resto de su vida. Desde su puesto reconstruye y amplía el jardín botánico, donde a menudo imparte sus clases. Linneo realiza durante el verano excursiones con sus alumnos en las que exploran la flora y la fauna de las proximidades de Upsala. Linneo continuará viajando por Suecia para recolectar y clasificar plantas, animales y minerales. En 1746 publica Fauna Svecica, donde expone su creencia de que el hombre pertenece al mismo género que los simios.

En 1750 Linneo es nombrado rector de la Universidad de Upsala, y en 1751 publica Philosophia Botanica, un estudio taxonómico completo que resume sus obras previas sobre esta temática. Finalmente en 1753 publica en dos volúmenes Species Plantarum, considerado el primer tratado de nomenclatura botánica moderna, donde presenta su sistema binomial de clasificación. Esta forma de designar una especie ya se llevaba practicando desde tiempos remotos, aunque Linneo convirtió esta costumbre en un método con unas reglas estrictas y muy precisas.

En sus publicaciones describió unas 7.700 especies de plantas y unas 4.400 de animales, nominando a todas ellas según su sistema binomial de género y especie. Además, Linneo reordenó jerárquicamente estas especies en familias, órdenes, clases y reinos. Este sistema permitió que las nuevas especies que se descubrían en las expediciones científicas pudieran ser clasificadas y determinadas sus relaciones de parentesco con otras especies conocidas, sentando las bases taxonómicas para las ideas sobre la evolución del siglo XIX.

A su muerte, su colección fue comprada por James Edward Smith, formada por unas 14.000 plantas, 3.000 insectos, 1.500 conchas, 3.000 cartas y 1.600 libros. Smith formó con esta enorme colección la Linnean Society of London.