方孝孺六岁的时候就已经出口成诗，邻里皆称其为奇才，还给他起了个外号叫“小韩子”。十五岁的时候，方孝孺与父亲方克勤一同来到济宁，在宋濂门下求学，攻读诗书，深受宋濂喜爱。1382年，东阁学士们举荐方孝孺入仕，朱元璋下旨要考方孝孺。
之后，方孝孺则在奉天门做了两首诗《灵芝》、《甘露》，朱元璋在读完这两篇作品后，啧啧称奇，深感满意，便赐宴款待了方孝孺。宴席中，方孝孺正襟危坐，表现十分得体，朱元璋觉得这个年轻人不但满腹学识，且举止端庄，颇有大贤之风。
此时的朱元璋已有让方孝孺辅佐自己后代的打算，所以，并未直接让方孝孺做官，而是赏赐给方孝孺许多礼物让他回乡继续读书。方孝孺在回到故乡后苦读十年，在这段时间中写出《周易考次》等作。
方孝孺三十岁时，方家的仇家于氏状告方孝孺，官府将方孝孺抓了起来，将其押送到京城听候发落。朱元璋在听到了方孝孺的名字后，立即下令将其释放。洪武二十五年，方孝孺正式入仕，成为汉中府教授，被蜀献王聘回家里教育自己的儿子。
洪武三十一年，朱允炆登基后，方孝孺被征召进京，封为翰林侍讲学士。第二年，方孝孺便进驻文渊阁，小皇帝朱允炆向方孝孺行师徒之礼，每当在读书时遇到桎梏，便请方孝孺为其讲解。在处理国家大事时遇到不懂的地方，则命方孝孺在旁边指点批答。
1401年，蠢蠢欲动的燕王在北方造反，当时朝廷发布的讨檄文全都是方孝孺写的。此外，在与燕军的战争初期，方孝孺还不断出谋划策。可惜，燕王势大，燕军势如破竹，第二年便攻入京城，在深宫中燃起大火，将惠帝烧死在宫中。
方孝孺听说皇帝驾崩后，来到皇宫外每天跪地痛哭不止。
早在朱棣谋反前，麾下军师姚广孝就曾谏言道：“南方有个方孝孺，学识人品俱佳，燕王成事后，这人肯定不会投降，所以，一定不能将这个人杀了，这样的话天下的读书人就绝种了。”
朱棣登基前，命方孝孺写一份即位的诏书，方孝孺则穿着麻布孝服进宫，在见到朱棣后破口大骂，拒绝替朱棣写诏书。起初，朱棣还对招降方孝孺抱有一些幻想，命人为方孝孺设座，还亲自来到方孝孺面前劝道：“先生何故如此呢？为什么不学学周公辅佐成王呢？”
方孝孺冷笑道：“成王在哪里？”朱棣答道：“被烧死了。”方孝孺反问道：“那为什么不按照祖制由成王的儿子登基？”朱棣则答：“国家需要一个成年的君主。”方孝孺继续反问道：“那为什么不让成王的弟弟登基？”朱棣只能敷衍道：“这是我们朱家的家事，先生还是别操心了。”
随后，朱棣命人塞给方孝孺一支笔，对其说道：“想要昭告天下，必须由先生来写这份诏书。”方孝孺拿起笔，奋笔疾书四个大字：“燕贼篡位！”随后，将笔摔在地上，一边哭一边痛骂道：“我死就死了，诏书是不可能写的！”
朱棣火冒三丈：“你不想想你的九族吗？”方孝孺宁死不屈道：“就算是诛我十族又能怎么样？”朱棣暴怒，命人将方孝孺的嘴剁下来，方孝孺的血流了满脸，即便如此，仍喷着血通骂不止，朱棣阴下脸来说：“既然你这么想，那我就诛你十族！”说罢便将方孝孺打入大狱。
没过几天，方孝孺的家属全都被抓到京城，朱棣当着方孝孺的面将他的亲戚一一杀害。方孝孺悲痛莫名，却仍不屈服。方孝孺的弟弟方孝友在被处死前，方孝孺血泪盈眶，方孝友则劝兄长道：“哥哥何必流眼泪，杀身成仁就在此时。此后，我们将会被记载到华表上千古流芳，我们的灵魂也能荣归故里。”听到弟弟这样说，方孝孺释怀了，写下一首绝命诗随后慷慨赴死：
天将乱离兮孰知其由；
奸臣得计兮谋国用猷；
忠臣发贲兮血泪交流；
以此殉君兮抑又何求；
呜乎哀哉兮庶不我尤。
据说，方孝孺被腰斩后，只剩上半身的他以肘撑地，用手蘸着自己的鲜血，在地上连书“篡”字，一共写了十二个半才断气。
《明史》中则说他被施以凌迟，待方孝孺死后，朱棣先是诛杀了与他有亲缘关系的九族，随后，就连方孝孺的师长学生都未能幸免，被朱棣凑成了第十族。期间，受到株连致死亲族多达九百人，被流放充军的则有几千人。所幸，方孝孺有几名学生逃过死劫，收敛了方孝孺的遗骸妥善安葬，使这位正直大儒不至暴尸荒野。
方孝孺的著作从此也被列为禁书，永乐年间凡藏书者皆为死罪。但是，仍有人冒死藏之，如《侯城集》等，使方孝孺的文章得以传世。万历十三年三月，皇帝下令释放了因方孝孺获罪而被贬谪守边者的后裔，浙江、江西、福建、四川、广东共有一千三百多人。然而，方孝孺一家死绝，无后代，惟有方克勤之弟方克家有儿子名孝复。
历史上不乏铁骨铮铮的硬汉，但因誓死不屈被株连十族的，方孝孺是唯一一个。