Podkladem pro objevení všech tří zákonů byla přesná pozorování a měření dráhy planety Mars, která provedl Tycho Brahe a která matematicky zpracoval Johanes Kepler.

První Keplerův zákon pochází z roku 1605 a společně s druhým zákonem byl publikován v Astronomia nova o čtyři roky později: Planety obíhají kolem Slunce po elipsách málo odlišných od kružnic, v jejichž společném ohnisku je Slunce.


Vrchol elipsy B, v němž je planeta Slunci nejblíže, se nazývá perihélium neboli přísluní. Vrchol A, v němž je planeta od Slunce nejdále, se nazývá afélium neboli odsluní.

Druhý Keplerův zákon: Plošné obsahy opsané průvodičem planety za jednotku času jsou konstantní.


Průvodič planety je úsečka spojující střed planety se středem Slunce. Při pohybu se délka a směr průvodiče neustále mění, ale obsahy ploch, které průvodič opíše za stejné doby jsou stejné. Nejkratší průvodič má planeta v perihéliu a nejdelší v aféliu. V důsledku toho je rychlost planety v perihéliu větší než v aféliu – animace.

Třetí Keplerův zákon pochází z roku 1618 a publikován byl ve spise Harmonices mundi libri quinque, geometricu, architectonicus, harmonicus, psychologicus, astronomicus cum appendice continens mystérium cosmographicum o rok později: Poměr druhých mocnin oběžných dob dvou planet se rovná poměru třetích mocnin délek hlavních poloos jejich trajektorií. Označíme-li T₁, T₂ oběžné doby dvou planet, a₁, a₂ délky hlavních poloos, pak třetí Keplerův zákon vyjádříme vztahem
Tento zákon platí za předpokladu, že hmotnosti planet jsou zanedbatelně malé vzhledem k hmotnosti Slunce, což je u planet sluneční soustavy splněno, neboť hmotnost největší planety Jupitera je jen jedna tisícina hmotnosti Slunce. Jako srovnávací planeta se většinou používá Země. Proto byla zavedena nová délková jednotka, která představuje střední vzdálenost Země od Slunce – astronomická jednotka se zkratkou AU (1 AU = 1,496.10⁸ km). Rychlost pohybu jednotlivých planet sluneční soustavy znázorňuje animace.

Keplerovy zákony platí nejen pro pohyby planet, ale obecně pro každou soustavu těles, která se pohybují v centrálním gravitačním poli tělesa, jehož hmotnost je mnohonásobně větší než hmotnost těles obíhajících. Platí proto také pro soustavu umělých družic Země, či Jupiterovy měsíce.