Nació en Sevilla, en familia ilustre . Recibió una esmerada educación y a los 14 años ingresó en la Academia de Guardiamarinas de Cádiz. Realizó su primer crucero a Cartagena de Indias y Porto Belo de 1730 a 1732. Tuvo el bautismo como soldado a bordo del buque "Santa Teresa" luchando contra la armada austríaca en defensa de Carlos de Nápoles.
Tenía 19 años cuando fue designado para acompañar a la comisión francesa que, dirigida por La Condamine, viajó a Ecuador para efectuar la medición de un grado de meridiano. En esta expedición alternó las operaciones geodésicas con el reconocimiento y fortificación de las costas suramericanas.
Prisionero de los ingleses cuando regresaba a España, fue llevado a Inglaterra donde conoció a Martin Folkes, quien le admitió como miembro de la Royal Society y gestionó su liberación en 1747. De nuevo en su país, por encargo del monarca Fernando VI recorrió Europa estudiando los últimos adelantos científicos. Su tarea como ordenador de las minas de Almadén le valió el cargo de superintendente de las explotaciones de mercurio de Huancavélica, Perú, y regresó a América en 1758.
Al ser incorporada a España la Luisiana, pasó a ser gobernador del nuevo territorio; desempeñó esas labores de 1766 a 1768. Volvió a su país en 1773, con su fama acrecentada por haber dado la primera descripción científica del platino.
Teniente general de la Armada, en 1779 cometió el que fue considerado grave descuido de no capturar a ocho buques ingleses en las Azores, por lo que fue sometido a un consejo de guerra, que lo absolvió. Falleció en Sevilla.
Entre sus numerosas y valiosas memorias están: Observaciones astronómicas y científicas hechas en los reinos de Perú, Relación histórica del viaje a la América meridional, Noticias secretas de América, Noticias americanas y Observación en el mar de un eclipse de sol.
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