Tra i punti chiave della sua concezione filosofica – che fondeva materialismo antico, averroismo, lullismo, neoplatonismo, arti mnemoniche, influssi ebraici e cabalistici– la pluralità dei mondi, l'unità della sostanza, l'infinità dell'universo ed il rifiuto della transustanziazione. Con notevoli prestiti da Nicola Cusano, Giordano Bruno elabora una nuova teologia dove Dio è intelletto e ordinatore di tutto ciò che è in natura, ma egli è nello stesso tempo Natura stessa divinizzata, in un'inscindibile unità panteistica di pensiero e materia. Per queste argomentazioni, giudicate eretiche, fu condannato al rogo dall'Inquisizione della Chiesa cattolica.
L'8 febbraio 1600, dinnanzi ai cardinali inquisitori e dei consultori Benedetto Mandina, Francesco Pietrasanta e Pietro Millini, è costretto ad ascoltare inginocchiato la sentenza di condanna a morte per rogo; si alza e ai giudici indirizza la storica frase: «Maiori forsan cum timore sententiam in me fertis quam ego accipiam» («Forse tremate più voi nel pronunciare questa sentenza che io nell'ascoltarla»).
Dopo aver rifiutato i conforti religiosi e il crocefisso, il 17 febbraio, con la lingua serrata da una morsa perché non possa parlare - viene condotto in piazza Campo de' Fiori, denudato, legato a un palo e arso vivo. Le sue ceneri saranno gettate nel Tevere.