Даниил родился 8 февраля 1700 года в Гронингене (Голландия), где его отец Иоганн Бернулли тогда преподавал математику в университете. С юных лет увлёкся математикой, вначале учился у отца и брата Николая, параллельно изучая медицину. После возвращения в Швейцарию подружился с Эйлером. В 1721 году сдал экзамены на медика в Базеле, защитил диссертацию. Затем уехал в Италию, где набирался опыта в медицине. В 1724 году выпустил «Математические этюды», принесшие ему известность.
В 1725 году вместе с братом Николаем уезжает по приглашению в Петербург, где по императорскому указу учреждена Петербургская академия наук. Занимается там медициной, но потом переходит на кафедру математики (1728), ставшую вакантной после смерти его брата Николая. Момент для приезда был чрезвычайно неудачным — как раз скончался Пётр I, началась неразбериха. Приглашённые в Академию иностранцы частично рассеялись, но Даниил остался и даже уговорил приехать друга Эйлера (получил приглашение в 1726 году, прибыл в Санкт-Петербург в 1727 году). Но тут умерла императрица Екатерина I, и властям окончательно стало не до Академии. Вскоре Даниил вернулся в Базель (1733). Он остался почётным членом Петербургской академии, в её журнале опубликованы 47 из 75 трудов Даниила Бернулли. Во время пребывания в России он напечатал «Замечания о рекуррентных последовательностях» (1728) и подготовил свой главный труд: монографию «Гидродинамика» (опубликована в 1738 году).
В 1733 устроился профессором анатомии и ботаники в Базеле (других вакансий не было). Ведёт оживлённую, взаимно полезную переписку с Эйлером. В 1738 году, как результат многолетних трудов выходит фундаментальный труд «Гидродинамика». Среди прочего, там содержится основополагающий «закон Бернулли». Дифференциальных уравнений движения жидкости в книге ещё нет (их установил Эйлер в 1750-е годы). В 1747—1753 годах важная серия работ о колебаниях струны. Даниил Бернулли, исходя из физических соображений, догадался разложить решение в тригонометрический ряд и провозгласил, что этот ряд — не менее общий, чем степенной. Эйлер и Д’Аламбер выступили с возражениями; вопрос был решён только в XIX веке, и Бернулли оказался прав. В 1748 году был избран иностранным членом Парижской Академии наук. В 1750 перешёл на кафедру физики Базельского университета, где и трудился до кончины в 1782 году. Дважды был избран ректором. Женат не был. Умер за рабочим столом весной 1782 года.
