Nació en Petilla de Aragón (Navarra) el 1.° de mayo de 1852 y murió en Madrid el 17 de octubre de 1934. Hijo de un médico, Ramón estuvo desde sus primeros años en contacto con la medicina, a pesar del tono díscolo y despreocupado en que se desenvolvió su juventud, llena de incidentes — fue aprendiz de zapatero y de barbero —. Después de un prolongado y poco brillante bachillerato en el viejo Instituto de Huesca, tras un inesperado cambio, se absorbe en los estudios, licenciándose en Medicina en la Universidad de Zaragoza en 1873 y doctorándose en Madrid en 1877. Ingresa en el cuerpo militar de Sanidad y marcha a Cuba con el grado de capitán, de donde a los dos años de estancia y a causa de una enfermedad regresa a España. Director del Museo Anatómico de la Universidad de Zaragoza en 1879, en 1883 obtiene por oposición la cátedra de Anatomía de la Universidad de Valencia, en la que permanece hasta 1887, en que por nuevo concurso gana la cátedra de Histología de Barcelona.
Memorable es la sesión de la Sociedad Anatómica Alemana en 1889, en la que dio a conocer sus nuevos trabajos, datando desde entonces su enorme prestigio. A partir de 1892 ocupa la cátedra de Histología normal y de Anatomía patógena en Madrid. En 1894 marcha invitado a Londres para celebrar una Crooniam Lecture en Cambridge sobre morfología y conexión de las células nerviosas: pronuncia el discurso de apertura de la Royal Society de Londres y al día siguiente es nombrado doctor honorario de la Universidad de Cambridge. En 1896 recibe el premio Fauvelle; en 1900 recibe el premio internacional de la Medicina de Moscú y en 1905 la Medalla de Oro de Helmholz. Al año siguiente junto con C. Colgi comparte el premio Nobel de Medicina. En su cátedra de Madrid continúa hasta 1922, en que, jubilado, se le nombra director del Instituto Cajal de Investigaciones Biológicas. Miembro de las academias de la Lengua, de Ciencias y de Medicina, lo fue también de numerosas academias extranjeras y universidades. Su personalidad científica se desarrolla en el campo de la Histología y más en concreto en el estudio del sistema nervioso, significando su aportación toda una etapa en el progreso de esta ciencia.
Sus descubrimientos más importantes versan sobre la terminación de las fibras nerviosas en los centros, las bifurcaciones de las raíces posteriores de la medula, las cestas terminales enrejadas que envuelven los corpúsculos de Purkinje, las terminaciones cilindro-axiales, etc. Demostró la individualidad de la célula nerviosa en contra de la interpretación reticular predominante hasta entonces. Su obra científica, además de las numerosas publicaciones en revistas, entre las que señalamos la Revista Trimestral de Histología, fundada por él en 1897 y publicada a partir de 1900 con el título de Trabajos de laboratorio, se condensa en las siguientes obras fundamentales: Manual de Histología normal y técnica (1.a edic. 1897, 7.a edic. 1927); Les Nouvelles idees sur la fine anatomie du systéme nerveux (París, 1894); Estudio sobre la generación y degeneración del sistema nervioso (1913-14). Dedicado por completo a la investigación científica, ha dejado también una breve producción literaria, interesante más que por su valor intrínseco, por cuanto pueda significar este tipo de obra, ajena a toda preocupación estilística y procedente de campos extraliterarios, en contraste con la literatura profesional; adviértase que al menos en cierto sentido, indirectamente, lo que al cabo se contrasta es la propia literatura con las demás actividades humanas, vieja confrontación y problema del que no pocas veces han derivado importantes renovaciones literarias.
Comprobando esto está el hecho de la buena aceptación con que son acogidas estas obras, siempre con el interés de la incidencia en la literatura de un gran talento científico. Escritas durante su vejez, se entrevé en ellas al gran investigador en su faceta más humana de preocupación por los temas de nuestra época, Charlas de café (1921, v.) o viceversa, dando a estos aspectos humanos una envergadura científica, como en Reglas y consejos para la investigación científica, subtitulada Los tónicos de la voluntad (1926), excepcional por su interés y por su rareza en el mundo cultural español; finalmente Cuentos de vocaciones, Memorias de mi vida (v.) y El mundo visto a los 80 años, de temas que advierten los títulos; predomina el tono autobiográfico, con los siguientes giros de nostalgia, de experiencia, de estoicismo, de silencio de fondo: es refiriendo estos valores a su extraña capacidad científica como adquieren todo un sentido de mundo colmado, bien dirigido, al cabo de un largo proceso de inteligencia y voluntad perfectamente compenetradas, y que ahora se nos muestra sabiamente reposando en una actividad literaria de equilibrada y profunda ideología, y de una prosa sencilla y elegante.