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John Dalton nació el 6 de septiembre de 1766, en Eaglesfield, Cumberland (hoy Cumbria).
Hijo de Deborah Greenup y Joseph Dalton, un humilde tejedor. Tuvo cinco hermanos, de los cuales sobrevivieron dos: Jonathan, mayor que Dalton, y Mary, cuya fecha de nacimiento se desconoce. Se crió en el seno de una familia cuáquera.
Autodidacta, comenzó a enseñar a la edad de doce años en una escuela de su ciudad natal.
Tuvo dos mentores que contribuyeron a su educación: Elihu Robinson, un rico caballero cuáquero a quien conoció cuando tenía 10 años; y John Gough, un filósofo inglés, ciego y con amplios conocimientos científicos a quien Dalton conoció cuando tenía 16 años.
En 1781 se radicó en Kendal, donde dirigió una escuela junto a su primo y su hermano mayor. Se trasladó a Manchester en 1793, donde pasará el resto de su vida como profesor, primero en el New College y más tarde como tutor privado.
En 1787 inició una serie de estudios meteorológicos que continuó durante 57 años, acumulando unas 200.000 observaciones y medidas sobre el clima en el área de Manchester. Fue el primero en probar la teoría de que la lluvia se produce por una disminución de la temperatura, y no por un cambio de presión atmosférica. Su primera obra fue, Observaciones y ensayos meteorológicos (1793).
Un año después presentó en la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester un ensayo sobre el daltonismo, tanto él como su hermano padecían de una forma genética de ceguera para los colores (acromatopsia), que no permite al paciente distinguir entre el rojo y el verde; el ensayo fue la primera descripción de este fenómeno.