در سن دوازده سالگی به حوزه علمیه مشهد عزیمت نموده و به تحصیل مقدمات علوم اسلامی اشتغال ورزید. در سال ۱۳۱۶ علیرغم مبارزه شدید رضاخان با روحانیت و علیرغم مخالفت دوستان و نزدیکان، برای تکمیل تحصیلات خود عازم حوزه علمیه قم شد .
در دوره اقامت پانزده ساله خود در قم از محضر مرحوم آیت الله العظمی بروجردی (در فقه و اصول) و حضرت امام خمینی ( به مدت ۱۲ سال در فلسفه ملاصدرا و عرفان و اخلاق و اصول) و مرحوم علامه سید محمد حسین طباطبائی (در فلسفه : الهیات شفای بوعلی و دروس دیگر) بهره گرفت. قبل از هجرت آیت الله العظمی بروجردی به قم نیز استاد شهید گاهی به بروجرد می رفته و از محضر ایشان استفاده می کرده است.
وی در مدت اقامت خود در قم علاوه بر تحصیل علم، در امور اجتماعی و سیاسی نیز مشارکت داشته و از جمله با فدائیان اسلام در ارتباط بود. در سال ۱۳۳۱ در حالی که از مدرسین معروف و ازامیدهای آینده حوزه به شمار می رفت به تهران مهاجرت کرد.
از آن پس وی در تهران به تدریس در مدرسه مروی و تألیف و سخنرانیهای تحقیقی می پردازد. در سال ۱۳۳۴ اولین جلسه تفسیر انجمن اسلامی دانشجویان توسط استاد مطهری تشکیل می گردد. در همان سال تدریس خود در دانشکده الهیات و معارف اسلامی دانشگاه تهران را آغاز می کند. در سالهای ۱۳۳۷ و ۱۳۳۸ که انجمن اسلامی پزشکان تشکیل می شود .
وی از جمله معتمدانی بوده که کنار امام بوده است به طوری که می توان سازماندهی قیام پانزده خرداد در تهران و هماهنگی آن با رهبری امام را مرهون تلاشهای او و یارانش دانست. در ساعت ۱ بعد از نیمه شب روز چهارشنبه پانزده خرداد ۱۳۴۲ به دنبال یک سخنرانی علیه شاه به وسیله پلیس دستگیر شده و به زندان موقت شهربانی منتقل می شود و به همراه تعدادی از روحانیون تهران زندانی می گردد. پس از ۴۳ روز به دنبال مهاجرت علمای شهرستانها به تهران و فشار مردم، به همراه سایر روحانیون از زندان آزاد می شود.
پس از تشکیل هیئتهای موتلفه اسلامی، استاد مطهری از سوی امام خمینی همراه چند تن دیگر از شخصیتهای روحانی عهده دار رهبری این هیئتها می گردد. پس از ترور حسنعلی منصور نخست وزیر وقت توسط شهید محمد بخارایی کادر رهبری هیئتهای موتلفه شناسایی و دستگیر می شود ولی از آنجا که قاضی که پرونده این گروه تحت نظر او بود مدتی در قم نزد استاد تحصیل کرده بود به ایشان پیغام می فرستد که حق استادی را به جا آوردم و بدین ترتیب استاد شهید از مهلکه جان سالم بدر می برد.
از آن پس وی به تألیف کتاب در موضوعات مورد نیاز جامعه و ایراد سخنرانی در دانشگاهها، انجمن اسلامی کردن محتوای نهضت اسلامی پزشکان، مسجد هدایت، مسجد جامع نارمک و غیره ادامه می دهد.
به طور کلی استاد شهید که به یک نهضت اسلامی معتقد بود نه به هر نهضتی، برای اسلامی کردن محتوای نهضت تلاشهای ایدئولوژیک بسیاری نمود و با اقدام به تأسیس حسینیه ارشاد نمود و با کجرویها و انحرافات مبارزه سرسختانه کرد. در سال ۱۳۴۶ به کمک چند تن از دوستان اقدام به تأسیس حسینیه ارشاد نمود به طوری که می توان او را بنیانگذار آن موسسه دانست. ولی پس از مدتی به علت تکروی و کارهای خودسرانه و بدون مشورت یکی از اعضای هیئت مدیره و ممانعت او از اجرای طرحهای استاد و از جمله ایجاد یک شورای روحانی که کارهای علمی و تبلیغی حسینیه زیر نظر آن شورا باشد سرانجام در سال ۱۳۴۹ علیرغم زحمات زیادی که برای آن موسسه کشیده بود و علیرغم امید زیادی که به آینده آن بسته بود در حالی که در آن چند سال خون دل زیادی خورده بود از عضویت هیئت مدیره آن موسسه استعفا داد و آن را ترک گفت.
در سال ۱۳۴۸ به خاطر صدور اعلامیه ای با امضای ایشان و حضرت علامه طباطبایی و آِیت الله حاج سید ابوالفضل مجتهد زنجانی مبنی بر جمع اعانه برای کمک به آوارگان فلسطینی و اعلام آن طی یک سخنرانی در حسینیه ارشاد دستگیر شد و مدت کوتاهی در زندان تک سلولی به سربرد. از سال ۱۳۴۹ تا ۱۳۵۱ برنامه های تبلیغی مسجدالجواد را زیر نظر داشت و غالباً خود سخنران اصلی بود تا اینکه آن مسجد و به دنبال آن حسینیه ارشاد تعطیل گردید و بار دیگر استاد مطهری دستگیر و مدتی در بازداشت قرار گرفت. پس از آن استاد شهید سخنرانیهای خود را در مسجد جاوید و مسجد ارک و غیره ایراد می کرد. بعد از مدتی مسجد جاوید نیز تعطیل گردید. در حدود سال ۱۳۵۳ ممنوع المنبر گردید و این ممنوعیت تا پیروزی انقلاب اسلامی ادامه داشت. اما مهمترین خدمات استاد مطهری در طول حیات پر برکتش ارائه ایدئولوژی اصیل اسلامی از طریق درس و سخنرانی و تألیف کتاب است. این امر خصوصاً در سالهای ۱۳۵۱ تا ۱۳۵۷ به خاطر افزایش تبلیغات گروههای چپ و پدید آمدن گروههای مسلمان چپ زده و ظهور پدیده التقاط به اوج خود می رسد. گذشته از حضرت امام، استاد مطهری اولین شخصیتی است که به خطر سران سازمان موسوم به « مجاهدین خلق ایران » پی می برد و دیگران را از همکاری با این سازمان باز می دارد و حتی تغییر ایدئولوژی آنها را پیش بینی می نماید. در این سالها استاد شهید به توصیه حضرت امام مبنی بر تدریس در حوزه علمی قم هفته ای دو روز به قم عزیمت نموده و درسهای مهمی در آن حوزه القا می نماید و همزمان در تهران نیز درسهایی در منزل و غیره تدریس می کند. در سال ۱۳۵۵ به دنبال یک درگیری با یک استاد کمونیست دانشکده الهیات! زودتر از موعد مقرر بازنشسته می شود. همچنین در این سالها استاد شهید با همکاری تنی چند از شخصیتهای روحانی، «جامعه روحانیت مبارز تهران » را بنیان می گذارد بدان امید که روحانیت شهرستانها نیز به تدریج چنین سازمانی پیدا کند.
گرچه ارتباط استاد مطهری با امام خمینی پس از تبعید ایشان از ایران به وسیله نامه و غیره استمرار داشته است ولی در سال ۱۳۵۵ موفق گردید مسافرتی به نجف اشرف نموده و ضمن دیدار با امام خمینی درباره مسائل مهم نهضت و حوزه های علمیه با ایشان مشورت نماید. پس از شهادت آیت الله سید مصطفی خمینی و آغاز دوره جدید نهضت اسلامی، استاد مطهری به طور تمام وقت درخدمت نهضت قرار می گیرد و در تمام مراحل آن نقشی اساسی ایفا می نماید. در دوران اقامت حضرت امام در پاریس، سفری به آن دیار نموده و در مورد مسائل مهم انقلاب با ایشان گفتگو می کند و در همین سفر امام خمینی ایشان را مسؤول تشکیل شورای انقلاب اسلامی می نماید. هنگام بازگشت امام خمینی به ایران مسؤولیت کمیته استقبال از امام را شخصاً به عهده می گیرد و تا پیروزی انقلاب اسلامی و پس از آن همواره در کنار رهبر عظیم الشأن انقلاب اسلامی و مشاوری دلسوز و مورد اعتماد برای ایشان بود تا اینکه در ساعت بیست و دو و بیست دقیقه سه شنبه یازدهم اردیبهشت ماه سال ۱۳۵۸ در تاریکی شب در حالی که از یکی از جلسات فکری سیاسی بیرون آمده بود یا گلوله گروه جنایتکار فرقان به شهادت می رسد و امام (ره)در حالی که امیدها به آن بزرگمرد بسته بودند فرمودند: مطهری پاره تن من بود ...
