Rođen je godine 1551.u Šibeniku. Još kao dječak otišao je u Ugarsku svome stricu biskupu Antunu Vrančiću, gdje stječe početno humanističko obrazovanje, a zatim u Padovi studira filozofiju ipravo.

Godine 1575. primljen je u članstvo hrvatske bratovštine sv. Jeronima uRimu. Postavši tajnikom kralja Rudolfa II. godine 1579., Vrančić započinje temeljitije studirati prirodne znanosti i tehniku. Na dvoru se svakodnevno susreće s nizom istaknutih znanstvenika onog vremena, između ostalih s astronomima Tychom Bracheom i Johannesom Keplerom, graditeljem Jacopom de Stradom... što ostavlja jak utjecaj na njegov rad.

1595. godine izdao je petojezični rječnik (latinski, talijanski, njemački, hrvatski i mađarski) pod naslovom Rječnik pet najplemenitijih jezika Europe (Dictionarium quinque nobilissimarum Europae linguarum, latinae, italicae, germanicae, dalmaticae et ungaricae).

U rječniku je za svaki jezik dano 5.000 odrednica. U to se vrijeme termin "dalmatinski" rabio za slavenski jezik kojim se govorilo između Jadranskoga mora i rijekâ Dunava i Save i ne treba ga miješati s izumrlim dalmatskim jezikom koji je bio romanskoga podrijetla.

U Pragu je 1605-06. Peterus Lodereckerus priredio drugo izdanje ovog rječnika, prošireno s češkim i poljskim jezikom, pod naslovom Rječnik sedam različitih jezika (Dictionarium septem diversarum linguarum), kojom prilikom je i "dalmatinski" naveden pod hrvatskim imenom.

U prilogu Rječnika Vrančić je dao otisnuti i Popis dalmatinskih riječi koje su Mađari prihvatili (Vocabula Dalmatica quae Ungri sibi usurparunt), koji sadrži riječi koje su iz hrvatskoga prešle u mađarski jezik. Ovaj je rječnik načinio snažan utjecaj na pravopis kako hrvatskoga tako i mađarskoga jezika, u kome su prihvaćeni Vrančićevi prijedlozi za uporabu ly, ny, sz i cz. To je također bio i prvi rječnik mađarskoga jezika, a doživio je četiri izdanja: u Mletcima (1595.), Pragu (1606.), Bratislavi (1834.) i Zagrebu (1971.).

Godine 1598. Vrančić od Rudolfa II. dobiva naslov čanadskoga biskupa i obavlja dužnosti kraljevoga savjetnika za Mađarsku i Transilvaniju do 1605., kad napušta dvor i ulazi u red sv. Pavla, tzv. barnabita u Rimu.

Vrativši se u Rim, istražuje konstrukcije strojeva i arhitektonskih problema, a preko barnabita Giovannija Ambrogia Mazente upoznaje tehničke crteže Leonarda da Vincija, što je rezultiralo najznačajnijim Vrančićevim djelom Machinae novae (Mletci1615. ili 1616).

U njemu je Vrančić opisao 56 raznovrsnih uređaja i tehničkih konstrukcija uz 49 slika velikog formata i s komentarima na latinskome, talijanskome, španjolskome, francuskome i njemačkome jeziku.

Vrančić je djelo oblikovao kao priručnik, a u njemu uz vlastite donosi i neke slabije poznate projekte drugih konstruktora, metodološki ih poredavši kako bi prikazao razvoj od već poznatih projekata do novih, koji su bili izvorno njegovi.

Zbog bolesti napušta 1615. godine Rim i želi svoje zadnje dane proživjeti u rodnom Šibeniku, no zaustavlja se u Veneciji, gdje objavljuje knjigu Logica nova.

Premda je školovan u duhu peripatetičke tradicije, Vrančićevi tehnički projekti pokazuju da je u nekim fizikalnim pitanjima blizak novoj fizici koja se sve više udaljavala od aristotelizma.

Projekti u djelu opisani su samo fenomenološki u nedostatku fizikalnih i tehničkih znanja potrebnih za konstrukcije, a do kojih se došlo tek u 18. stoljeću, što pokazuje kako su daleko bili ispred svog vremena Vrančićevi projekti i koliko su nadmašivali mogućnost svog ostvarenja.

U Veneciji je i umro 27. veljače 1617. godine, a prema oporučnoj želji njegovo je tijelo sahranjeno u domovini u crkvi Sv. Marije (Prvić Luka na otoku Prvić kraj Šibenika).

Vrančić je napisao i druga važna djela. Na svom materinjem jeziku, koji je Vrančić smatrao "najljepšim" i nazivao ga "dalmatinskim", napisao je Život nikoliko izabranih divic (Rim, 1606.), gdje se daju hagiografski životopisi opatica šibenskogasamostana Sv. Salvatora, prvenstveno svetica osobito štovanih u hrvatskim krajevima uz jadransku obalu. Napisao je i kratak spis o slavenskim jezicima i narodima, u kome navodi svoje shvaćanje srednjojužnoslavenskoga dijasustav:Dalmatinski, Hrvatski, Srpski ili Bosanski – jere sve ovo jedan jezik jest – ima riči i slova...koja se lahko izgovaraju.

Djelo Machinae novae (Nove naprave iz 1615. ili 1616.) iznimno je vrijedno tehničko djelo s 49 slika (bakroreza), u kojem je na pet jezika opisano 56 različitih naprava, pronalazaka, uređaja i konstrukcija. Među značajnije opise iz spomenutoga djela spadaju viseći most i Homo volans (lat. leteći čovjek), prikaz padobranca. Vrančićeva djela pretiskana su uz komentare u posljednjem desetljeću 20. stoljeća.

Vrančićevo djelo objavljeno pretiskom 1971. godine, popraćeno je pogovorom Ljudevita Jonkea i postupkom obrata izrađenim "Hrvatsko-latinskim rječnikom", čiji je autor Valentin Putanec. Izrada obrata bila je dalekovidan potez, jer je na temelju tako predstavljene hrvatske građe ustanovljeno da je anonimni rječnik "Slavoslovlje dalmatinsko-talijansko" iz poznatoga Rkp. 194 knjižnice Male braće u Dubrovniku predstavlja hrvatsko-talijanski obrat iz Vrančića, dopunjen određenim brojem neovisnih natuknica. Autorstvo se toga rukopisa i danas smatra neutvrđenim, što dokida atribuciju Kašiću.