隋大业八年（612年），玄奘时年13岁，于东都洛阳净土寺出家西行取金。隋大业十二年（616年），玄奘随其兄长赴长安居留，后入汉川，北至益州，适逢空、景二法师，从之受学。继而至高僧大德云集的成都学习。武德五年（622年），玄奘于成都受具足戒。后玄奘游历各地，参访名师，讲经说法。

通过多年来在各处讲筵所闻，他深感异说纷纭，无从获解。特别是当时摄论、地论两家关于法相之说各异，遂产生去印度求弥勒论师之要典《瑜迦师地论》作为依据，发扬法相唯识宗之根本理论。贞观元年（627）玄奘结侣陈表，请允西行求法。但未获唐太宗批准。

然而玄奘决心已定，乃“冒越宪章，私往天竺”，长途跋涉五万余里。贞观元年，玄奘从长安出发西行，在途中经兰州到凉州（姑藏），继昼伏夜行，至瓜州，再经玉门关，越过五烽，渡流沙，备尝艰苦，抵达伊吾（哈密），至高昌国。

贞观二年正月玄奘到达高昌王城（今新疆吐鲁番县境），受到高昌王麴文泰的礼遇。后经屈支（今新疆库车）、凌山（耶木素尔岭）、素叶城、迦毕试国、赤建国（今苏联塔什干）、飒秣建国（今撒马尔罕城之东）、葱岭、铁门。

到达货罗国故地（今葱岭西、乌浒河南一带）。南下经缚喝国（今阿富汗北境巴尔赫）、揭职国（今阿富汗加兹地方）、大雪山、梵衍那国（今阿富汗之巴米扬）、犍双罗国（今巴基斯坦白沙瓦及其毗连的阿富汗东部一带）、乌伏那国（巴基斯坦之斯瓦特地区），到达迦湿弥罗国。

在此从僧称（或作僧胜）学《俱舍论》、《顺正理论》及因明、声明等学，与毗戌陀僧诃（净师子）、僧苏伽蜜多罗（如来友）、婆苏蜜多罗（世友）、苏利耶提婆（日天）、辰那罗多（最胜救）等讨信纸佛学，前后共2年。

贞观五年，抵摩揭陀国的那烂陀寺受学于戒贤。玄奘在那烂陀寺历时5年，备受优遇，并被选为通晓三藏的十德之一。前后听戒贤讲《瑜伽师地论》、《顺正理论》及《显扬圣教论》、《对法论》、《集量论》、《中论》、《百论》以及因明、声明等学，同时又兼学各种婆罗门书。

贞观十年玄奘离开那烂陀寺，先后到伊烂钵伐多国（今印度北部蒙吉尔）、萨罗国、安达罗国、驮那羯碟迦国（今印度东海岸克里希纳河口处）、达罗毗荼国（今印度马德拉斯市以南地区）、狼揭罗国（今印度河西莫克兰东部一带）、钵伐多国（约今克什米尔的查谟），访师参学。

他在钵伐多国停留两年，悉心研习《正量部根本阿毗达磨论》及《摄正法论》、《成实论》等，然后重返那烂陀寺。

不久，又到低罗择迦寺向般若跋陀罗探讨说一切有疗三藏及因明、声明等学，又到杖林山访胜军研习唯识抉择、意义理、成无畏、无住涅槃、十二因缘、庄严经等论，切磋质疑，两年后仍返回那烂陀寺。此时，戒贤嘱玄奘为那烂陀寺僧众开讲摄论、唯识抉择论。

适逢中观清辨（婆毗呔伽）一系大师师子光也在那里讲《中论》、《百论》，反对法相唯识之说。于是玄奘著《会宗论》三千颂（已佚），以调和大乘中观、瑜伽两派的学说。

同时参与了与正量部学者般若多的辩论，又著《制恶见论》一千六百颂（已佚）。还应东印迦摩缕波国（今印度阿萨姆地区）国王鸠摩罗的邀请讲经说法，并著《三身论》（已佚）。

贞观十九年，玄奘返祗长安，时年46岁，出游外达17年，历56国。史载当时“道俗奔迎，倾都罢市”。玄奘从印度及中亚地区带回国的梵筴佛典非常丰富，共526筴、657部，对佛教原典文献的研究有很大的帮助。

玄奘法师回国后翌年，即贞观二十年（646年）即开始组织翻经译场，首先在弘福寺翻经院进行，其后在大慈恩寺，北阙弘法院、玉华宫等处举行，直至麟德元年（664年）圆寂前为止，共19年，先后译出佛典75部，1335卷。所译之经，后人均称为新译。

他还口述由辩机笔受完成《大唐西域记》。全书记述高昌以西玄奘所经历的110个和传闻所知的28个以上的城邦、地区、国家的情况，内容包括这些地方的幅员大小、地理形势、农业、商业、风俗、文艺、语言、文字、货币、国王、宗教等等。

不仅是是研究中亚、南亚地区古代史、宗教史、中外关系史的重要文献。此书传世版本很多，这三个古本，对校勘、研究《大唐西域记》具有重要的参考价值。此外，玄奘又奉敕将《老子》等中国经典译作梵文，传于印度。