Né à La Chaux-de-Fonds le 6 mars 1727, il apprit les techniques de fabrication d'horloges et de mécanismes automatiques auprès de son père Pierre Jaquet-Droz. Il étendit ces compétences en travaillant pour la Compagnie des horlogers de La Chaux-de-Fonds, où il développa de nouvelles techniques dans l'horlogerie mécanique.
En 1764, Pierre François Jaquet-Droz commença à concevoir et à fabriquer ses propres automates. Son premier travail majeur fut le jeune garçon écrivain en 1768. Il est suivi du jeu de dames mécanique en 1770, et de l'automate féminin "La Musicale" en 1774. Ces automates sont actuellement exposés au Musée Jaquet-Droz à La Chaux-de-Fonds, en Suisse.
En 1769, il épousa Geneviève Tronchin, la fille d'un horloger de Besançon, avec qui il eut six enfants. Parmi ses fils, Henri-Louis Jaquet-Droz et Jean-Frédéric Jaquet-Droz continuèrent l'entreprise familiale après son décès en 1790.
En plus de ses automates mécaniques, Pierre François Jaquet-Droz est également connu pour avoir créé la première horloge à ressorts constantes, qui est aujourd'hui connue sous le nom d'horloge "à cylindre en ressort". Cet invention permettait de réduire l'usure des pièces et de garantir une précision supérieure.
Au cours de sa carrière, Pierre François Jaquet-Droz fut élu maître horloger à la Compagnie des horlogers de La Chaux-de-Fonds et obtint plusieurs brevets pour ses inventions. Il était également considéré comme un expert dans l'art de l'enluminure et a créé des manuscrits illustres pour des clients éminents.
Sa contribution à l'horlogerie mécanique et aux automates mécaniques lui valut une réputation mondiale au XVIIIe siècle, et ses travaux ont influencé les générations d'artisans horlogers qui suivirent.