Gənc yaşlarında doğma şəhərini Nişapuru tərk etmiş və uzun sürən məşəqqətlərdən sonra Səmərqənddə qərar tutmalı olur. 1074-cü ildə İsfahana rəsədxanaya rəhbərlik etmək üçün dəvət alır. 1092-ci ildə ona hamilik edən səlcuq şahı Məlik şahın və vəziri Nizam-əl Mülkün vəfatından sonra İsfahanı tərk etməli olur.
Yenə sərgədan yaşam tərzinə məhkum olunan Xəyyam bir müddət Mərvdə Məlik şahın varislərindən birinin sarayında işləyir, amma ona çox arzuladığı yeni rəsədxana açmaq qismət olmur.
Həm Şərqdə və ələxsus Qərbdə özünün müdriklik, yumor və satira dolu, bəzən də bir qədər qaba səslənən rübailəri ilə məşhurdur. Şərqdə uzun müddət yaddaşlardan silinən Xəyyam rübailəri Avropaya Edvard Fitsjeraldın tərcümələri ilə qədəm qoyur və görünməmiş uğur əldə edir.
Ömər Xəyyam həm də bütün dövrlərin ən böyük riyaziyatçılarından biri olmuşdur. "Riyazi problermlərin nümayişinə dair" traktatı ilə riyaziyyat elminin inkişafına misilsiz töhfələr vermişdir. Bu əsərində Xəyyam üçdərəcəli tənliklərin həllini ilk dəfə həndəsi yolla – hiperbola ilə dairənin kəsişməsindən almışdır. Onun Günəş sisteminin heliosentrik nəzəriyyəsini Kopernikdən çox-çox əvvəl irəli sürməsi də bildirilir.
Xəyyam evlənməyib, qapalı həyat tərzi keçirib. Onu anlaya bilməyən, yaxud anlamaq istəməyən ruhanilərin daimi təqiblərindən həmişə qorxu içində yaşayıb. Onun ölüm tarixi təqribən 1123-cü ilə düşür. Yazılanlara görə, o, həyatının son saatlarında İbn Sinanın "Şəfa kitabı"nı diqqətlə oxuyurmuş. "Tək və cəm" bölməsinə çatanda səhifələr arasına əlfəcin qoyub və yanındakılara vəsiyyət etməkdən ötrü lazımi adamları çağırmaq tapşırığı verib. Bütün günü heç nə yeməyib, heç su da içməyib. Axşam namazını başa çatdırandan sonra səcdəyə gedərək deyib: "Ay Allah, Sən bilirsən ki, mən Səni imkanım daxilində dərk etmişəm. Məni bağışla, mənim idrakım Sənin qarşında xidmətimdir". Bununla da canını tapşırıb.
Ömər Xəyyam yaxınlarına deyirmiş ki, "Qəbirim elə yerdə olacaq ki, yaz fəslində əsən meh onu çiçəklərə qərq edəcək". Doğrudan da, belə olub. Qonşu bağın armud və qaysı ağaclarının qəbiristanlıq hasarından sallanan güllü-çiçəkli budaqları böyük mütəffəkkirin qəbrinə çətir tuturmuş.
