John Playfair era il figlio più grande del Reverendo James Playfair, ministro di Benvie, una piccola città vicino a Dundee (allora in Perthshire, ora in Tayside), Scozia. Fu istruito da suo padre fino all'età di quattordici, poi fu mandato all'Università di st Andrews per studiare allo scopo di  entrare nel clero. Playfair si laureò all'Università di st Andrews nel 1765.

Continuando a studiare teologia all'Università di st Andrews, Playfair  intraprese  i suoi studi  teologici anche al College di st Mary. Per completare la sua formazione, nel 1769 lasciò l'Università e da allora  fino al 1773 stette per diversi anni a Edimburgo.

Fra 1769 e 1773 Playfair tentò due volte di ottenere un impiego all'Università. Il suo primo tentativo avvenne nel 1769 ma fallì.  Comunque si dedicò alla sua vocazione come  ministro e nel 1770 il presbiterio di Dundee gli diede la licenza di predicare. Nel 1772 Playfair fece domanda per la cattedra di filosofia naturale nell'Università di st Andrews, lasciata libera dopo la morte del suo amico Wilkie  e senza alcun candidato. Non riuscendo ad ottenere un lavoro all'Università, Playfair  ritornò a Edimburgo e visse lì fino alla morte del suo padre nel 1772.
Nel 1774 Playfair si recò a Schiehallion, Perthshire, per condurre degli esperimenti con Neville  Maskelyne , l'astronomo reale. Maskelyne lo introdusse  nel più importante circolo scientifico del momento e lo persuase a presentare  il suo primo lavoro sulla matematica alla Società Reale di Londra e questo fu pubblicato  in Philosophical Transactions nel 1779.

Nel 1785 Playfair fu nominato professore di matematica all'Università di Edinburgo,  questo incarico durò per venti anni.

Nel 1795 pubblicò un'edizione  de Gli Elementi pensata per i suoi studenti. L'innovazione principale era che Playfair fece uso di notazioni algebriche per abbreviare le dimostrazioni che egli insegnava nel suo corso. Questo metodo era atto a eliminare " la noia e la circonlocuzione" della teoria geometrica.

Nei primi sei libri della sua edizione de Gli Elementi, Playfair diede una notazione stanadard per i punti ed i lati delle figure  . A questi libri, che si occupavano della geometria piana, Playfair aggiunse tre nuovi libri ideati per completare i sei precedenti: Quadrature of the Circle and the Geometry of Solids, Elements of Plane and Spherical Trigonometry e The Arithmetic of Sines. Inoltre aggiunse una sezione delle note sotto forma di appendice, in cui spiegava le sue motivazioni riguardo le modifiche dei volumi e  forniva una chiara spiegazione della difficile questione delle linee parallele.

 Nel 1797, nonostante i problemi di salute, Playfair scrisse An Analytical Treatise on the Conic Sections e Essay on the Accidental Discoveries Which Have Been Made By Men of Science, Whilst In Pursuit of Something Else, Or When They Had No Determinate Object in View.

La morte del suo amico, James Hutton,  mosse Playfair a scrivere una biografia che si  rivelò una risposta ai critici delle teorie gelogiche di Hutton  e che portò a galla un lavoro di Playfaur sulla geologia: Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth.

Tra il 1797 e il 1802 Playfair scrisse le Illustration... e viaggiò lungo la Gran Bretagna  per continuare le sue ricerche geologiche. Playfair  sperava di poter ampliare le sue ricerche su tutto il continente,  ma la guerra in Europa rese l'intento impossibile. In seguito andò a fare degli studi in Irlanda e visitò Dublino e  la Giant's Causeway.

Playfair fu il primo Inglese ad insegnare l'analisi moderna. Il suo corso era seguito da molti che avevano già terminato gli studi accademici. Nonostante il suo successo come matematico, nel 1805 Playfair  cambiò la cattedra di matematica con quella di filosofia naturale. Due anni dopo fu eletto membro della Società Reale di Londra.

Playfair fu il primo presidente dell'Istituto Astronomico di Edimburgo che fu fondato nel 1811.
Nel 1812 pubblicò il primo volume dei suoi Outlines of Natural Philosophy, rivolto prima di tutto ai suoi studenti. Il primo volume trattava di dinamica, meccanica, idrostatica, idraulica, aerostatica e di pneumatica, il secondo volume era interamente dedicato all'astronomia e il terzo che trattava di ottica, elettricità e magnetismo, non fu mai completato.

Alla fine del 1815, dopo la caduta di Napoleone, fu ristabilita la pace in Europa e Playfair cominciò uno studio geologico che lo impegnò per 17 mesi e lo fece viaggiare per 4000 miglia in tutto il continente. Durante queste ricerche raccolse materiale per la seconda edizione delle Illustrations of Huttonian Theory of the Earth. Dovette abbandonare il suo proposito quando ricevette una commissione per scrivere un lavoro intitolato Dissertation on the Progress of the Mathematical and Physical Science since the Revival of Letters in Europe come supplemento all'Enciclopedia Britannica.

Subito dopo la pubblicazione della Dissertation fu colpito da un forte male che lo obbligò ad interrompere il progetto di pubblicare la seconda edizione delle Illustrations.
Nonostante la malattia, negli ultimi mesi della sua vita dettò le correzioni del lavoro Dissertation.