Nasceu em 9 de julho de 1878, numa fazenda próxima à cidade de Oliveira (MG), filho de José Justiniano das Chagas e Mariana Candida Ribeiro de Castro Chagas. Formou-se em 1903 pela Faculdade de Medicina do Rio de Janeiro. Sua tese de doutoramento para conclusão do curso médico, abordando os aspectos hematológicos da malária, foi desenvolvida no Instituto Soroterápico Federal, criado em 1900 e denominado, a partir de 1908, Instituto Oswaldo Cruz (IOC). Em 1904 abriu consultório no centro do Rio de Janeiro e, como médico da Diretoria Geral de Saúde Pública (DGSP), trabalhou no hospital de Jurujuba, Niterói. Em 1905 foi encarregado, por Oswaldo Cruz, de combater uma epidemia de malária em Itatinga (SP) que prejudicava as obras da Companhia Docas de Santos. Dois anos depois, coordenou a profilaxia da malária em Xerém (RJ), onde a Inspetoria Geral de Obras Públicas realizava a captação de águas para a capital federal. Constatando que a transmissão da doença ocorria fundamentalmente no interior dos domicílios, defendeu que os mosquitos deveriam ser combatidos mediante aplicação de substâncias inseticidas, nesses ambientes. A teoria da infecção domiciliária da malária e o método profilático a ela associado seriam reconhecidos como importantes contribuições à malariologia. Em 1907 atuou no combate a epidemia de malária que afetava as obras da Estrada de Ferro Central do Brasil entre Corinto e Pirapora (MG). No povoado de São Gonçalo das Tabocas – que, a partir de 1908, com a inauguração da ferrovia, ganhou o nome de Lassance – improvisou um laboratório num vagão de trem. Por intermédio do chefe dos engenheiros, Cornélio Cantarino Motta, tomou conhecimento da existência de um inseto hematófago que proliferava nas frestas das paredes das casas de pau a pique, conhecido como barbeiro. Examinando-lhes o intestino, identificou uma nova espécie de tripanossoma, que denominou de Trypanosoma cruzi, em homenagem a Oswaldo Cruz. No ano de 1909, em Lassance, identificou o novo parasito no sangue de uma criança de dois anos, chamada Berenice, que seria considerada o primeiro caso de tripanossomíase americana ou doença de Chagas. A descoberta e os estudos sobre a nova doença trouxeram grande prestígio ao cientista, que se tornaria membro de importantes associações médicas e científicas no Brasil e no exterior, e ao IOC, a cuja equipe ele se integrara como pesquisador em 1908. Em 1910 a Academia Nacional de Medicina abriu vaga extraordinária para recebê-lo como membro titular. Em 1912 foi agraciado com o prêmio Schaudinn de protozoologia, concedido pelo Instituto de Doenças Marítimas e Tropicais de Hamburgo. Por duas vezes foi indicado ao prêmio Nobel, em 1913 e 1921. Com a colaboração de outros cientistas do IOC, investigou os vários aspectos da nova doença, como as características biológicas do vetor e do parasito, o quadro clínico e a patogenia da infecção, a transmissão e o diagnóstico. Entre 1912 e 1913 chefiou uma expedição ao vale do rio Amazonas para estudar as condições sanitárias da região. Foi uma das lideranças do movimento sanitarista que, entre 1916 e 1920, reuniu médicos, cientistas e intelectuais em torno da ideia de que o atraso do país era fruto das endemias que assolavam seu interior, e que o combate a tais enfermidades deveria ser prioridade do Estado. Em 1917, por ocasião da morte de Oswaldo Cruz, assumiu a direção do IOC, cargo que ocuparia até o final de sua vida. Em 1918 coordenou o combate à epidemia de gripe espanhola na capital federal. Em 1919 foi nomeado para a DGSP, transformada, em 1920, no Departamento Nacional de Saúde Pública, que dirigiu até 1926. No cenário internacional, destacou-se como membro do Comitê de Higiene da Liga das Nações, a partir de 1922, e idealizador e primeiro diretor do Centro Internacional de Leprologia, instalado em 1934. Foi professor do Curso de Aplicação do IOC e, em 1925, tornou-se o primeiro titular da cadeira de medicina tropical da Faculdade de Medicina da Universidade do Rio de Janeiro. Morreu em 8 de novembro de 1934, no Rio de Janeiro.