Ejerció la medicina en Sevilla con gran éxito además de participar en empresas mercantiles, especialmente las relacionadas con el comercio de medicinas y el tráfico de esclavos.

Publicó varias obras. La primera fue el Diálogo llamado pharmacodilosis (1536), donde, siguiendo la corriente humanista, recomienda el estudio directo de los clásicos, sobre todo de Dioscórides. Una orientación parecida sigue su De Secanda Vena in pleuriti Inter Grecos et Arabes Concordia (1539) que se ocupa de la sangría del mal de costado, tema de agria polémica entre los seguidores del humanismo y de la tendencia arabizante. Siguió un libro dedicado a las rosas y los cítricos (De Rosa et partibus eius (1540), otro a la nieve (1571) y otro al hierro (Dialogo del hierro, 1574).

Su libro más importante fue Historia Medicinal de las cosas que se traen de nuestras Indias Occidentales (1574), que consta de tres partes; la primera fue publicada en 1565 y la segunda en 1571). Tuvo conciencia del extraordinario interés de los productos medicinales que llegaban del Nuevo mundo. Se propuso estudiarlos con detenimiento y experimentar con ellos, ya que su situación era privilegiada; Sevilla era puerto y escala de todas las Indias Occidentales. Contaba con un huerto donde cultivó plantas americanas. Describió por vez primera muchas especies como el cardo santo, la cebadilla, la jalapa, el sasafrás, etc., y se ocupó con detalle de otras conocidas tan sólo parcialmente o incorrectamente descritas. Según López Piñero, familiarizó a los europeos con plantas de gran trascendencia como al piña tropical, el cacahuete, el maíz, la batata, la coca o la zarzaparrilla.

Su contribución a la farmacognosia fue muy relevante. Según Guerra, rebasó el antiguo concepto de los herbarios tradicionales para ahondar en el origen y caracteres de identificación además de los usos de los materiales americanos, apuntando la similitud y diferencias con los productos de la farmacia clásica.

Sus textos se encuentran entre los textos científicos que más interés despertaron en muchos países. En poco más de cien años sus obras alcanzaron cuarenta y dos ediciones en seis idiomas. A esta difusión contribuyeron las ediciones latinas como las que realizó Clusius.