赫顿出生于苏格兰爱丁堡，父亲是富商，在他3岁时去世。赫顿14岁进入爱丁堡大学学习，后在荷兰莱顿大学获医学博士学位。回到苏格兰后他没有行医，而是创办工厂获得经济独立，1753年继承父业经营农场十余年，在农业实践中开始认真观察土壤侵蚀、河流沉积和地质构造。

经营农场期间，赫顿走遍英格兰、苏格兰和威尔士考察地质现象，观察到河流侵蚀、海洋沉积、花岗岩脉穿插等现象。当时地质学界流行根据《圣经》认为地球只有约6000年历史，以及以维尔纳为代表的水成论——认为所有岩石都从原始海洋中化学沉淀形成。

1785年，赫顿在爱丁堡皇家学会宣读论文《地球理论》，1788年正式发表，奠定了均变论基础：今天看到的地质过程——河流侵蚀、沉积、火山活动、地震——在过去以同样方式持续作用，正是这些缓慢但持续的力量经过漫长时间塑造了地球，不需要诺亚洪水等超自然灾变。他有句名言："我们既找不到开始的痕迹，也看不到结束的展望。"

他最关键的证据来自苏格兰杰德堡和西卡角的角度不整合：下部近乎直立的沉积岩层被上部水平岩层覆盖，中间存在侵蚀面，记录了沉积-抬升-倾斜-侵蚀-再沉积-再抬升的漫长旋回。1795年他出版两卷本《地球理论》。

赫顿写作风格晦涩，理论生前未被广泛接受。1802年好友约翰·普莱费尔出版《赫顿地球理论说明》清晰阐释其思想，后查尔斯·莱尔在《地质学原理》中系统发展了均变论。赫顿的"深时"概念为达尔文进化论提供了必要的时间框架。赫顿1797年在爱丁堡逝世，享年70岁，被公认为现代地质学之父。