Sultan Murad-ı Hüdavendigar'ın oğlu.1360 yılında Gülçiçek Hatun'dan doğdu. Küçük yaştan itibaren zamanın seçkin alimlerinden ilim öğrendi. Değerli komutanlardan askerlik, sevk ve idare derslerini gördü.
1381 yılında devlet idaresinde yetişmesi için Kütahya'ya vali tayin edildi. 1389'da haçlı ordusu ile yapılan Birinci Kosova sSvaşı'na katılarak büyük kahramanlık gösterdi. Babası Sultan Murat bu savaşta şehit edilince, Osmanlı tahtına geçti.
İlk olarak Sırbistan işlerini yoluna koyan Yıldırım Beyazıt bu sırada kendisine karşı ittifak eden Anadolu Beylikleri üzerine yürüdü. Süratle hareket ederek Aydınoğulları, Saruhanoğulları, Germiyanoğulları, Menteşe ve Hamidoğulları beyliklerini ortadan kaldırdı (1390). Karamanoğulları beyliğini itaat altına aldı (1391).
1391 yılında İstanbul'u muhasara etti. 7 aylık bir kuşatmadan sonra şehirde bir Türk mahallesi kurulması, bir cami yapılması ve yıllık verginin artırılması şartıyla anlaşma yaptı.
1392 yılında Kastamonu üzerine yürüyerek, Candaroğlu topraklarını ele geçirdi. 1394'te Selanik ve Yenişehir'i (Mora) alan Osmanlı orduları, Teselya ve Arnavutluk'a kadar ilerledi.
Yıldırım Beyazıt'ın 1395'te İstanbul'u ikinci defa muhasarası yeni bir Haçlı Ordusu'nun hareketine yol açtı. Bütün Avrupa milletlerinden meydana gelen Haçlılar, Osmanlılar'a ait Niğbolu kalesini kuşattı. Hızla gelen Yıldırım Beyazıt Haçlılar'ı Niğbolu kalesi önünde ağır bir bozguna uğrattı (25 Eylül 1396).
1397'de İstanbul'u üçüncü defa kuşattı. Bizans'ın denizle bağlantısını kesmek için Anadolu Hisarı'nı inşa ettirdi.
Yıldırım Beyazıt, 1398'de Karaman ve 1399'da Dulkadirli topraklarına girdi. Topraklarını kaybeden bu Anadolu beyleri Timur'a sığındı ve onu Osmanlı sultanına karşı kışkırttı. Timur'dan kaçan Karakoyunlu ve Cezayir beyleri de Yıldırım Beyazıt'ı Timur'a karşı tahrik etti.
Bu tahrikler, iki büyük Türk hakanını Ankara'da karşı karşıya getirdi. Çubuk Ovası'nda yapılan savaş sonunda Osmanlı Ordusu, mağlubiyete uğradı. Yıldırım Beyazıt esir düştü (28 Temmuz 1402).
7 ay sonra kederinden ve nefes darlığından 44 yaşında vefat etti (1403).
Timur Han ölüm haberini alınca: "Yazık oldu, büyük bir mücahidi kaybettik." demekten kendini alamadı.