Yıldırım Bayezid 1360 yılında Edirne'de doğdu. Babası Murad Hüdavendigar, annesi Gülçiçek Hatun. Girdiği savaşlarda gösterdiği cesaretten dolayı ona 'Yıldırım' lakabı takılmıştı.
Çocukluğunu Bursa Sarayı'nda kardeşleriyle birlikte geçirdi. İyi bir eğitim gördü. Devrin en büyük alimlerinden dersler aldı. Gençliğinde Kütahya sancağında valilik yaptı. Sultan Murad Hüdavendigar'ın vasiyeti gereği 1389 yılında padişahlığa getirildi. Tahta çıktığında 29 yaşındaydı.
1389 yılında Bulgaristan ve Bosna'nın fethi gerçekleştirildikten sonra, Anadolu'da durumun karıştığını haber alan Yıldırım Bayezid, Balkan devletleriyle açık antlaşmalar imzaladı. Yıldırım, Sultan Murad'ın ölümünü fırsat bilip Osmanlılara karşı güç birliği yapan Anadolu Beyliklerine karşı mücadeleye girişti.
Sırbistan'ın başında, Kosova savaşında ölen Kral Lazar'ın oğlu Stefan Lazaroeviç vardı. Barış antlaşması için geldiği Edirne'de kız kardeşi Maria'yı Bayezid'e verdi. Bu evlenme sayesinde Osmanlı-Sırp dostluğu kuruldu. Bu sırada Karamanoğulları hem Beyşehir'i işgal etmiş, hem de Saruhan, Menteşe, Aydın ve Germiyan Beyliklerini kışkırtmışlardı. Yıldırım Bayezid beraberindeki Sırp kuvvetleriyle birlikte Anadolu'ya girdi ve başkaldıran bu beyliklerin topraklarını tek tek ele geçirdi.
Karaman Seferi'nde Yıldırım Bayezid ile birlikte bulunan,Sırp İmparatoru Yoannes'in oğlu Manuel Bursa'ya geldikten sonra izinsiz bir şekilde İstanbul'a gitti. Bu olay üzerine, Yıldırım Bayezid bu gidişin gizli bir amacı olduğunu düşünerek, daha önceden planlanmış Macaristan seferini iptal etti ve İstanbul'u kuşatma kararı aldı.
1391 yılında İstanbul karadan ve denizden kuşatıldı Büyük ve kuvvetli toplar olmadığından, kuşatma abluka niteliğinde oldu. Macarların Türk topraklarına girmesiyle kuşatma kaldırıldı. Bu kuşatma Osmanlılar tarafından yapılan ilk İstanbul kuşatması olarak tarihe geçti.
1392 yılında Macarlar kuzeyden Osmanlı topraklarına girdiler. Üzerlerine gönderilen Türk Akıncıları, Kral Sigismund komutasındaki Macar Ordusunu yendiler. 1394 yılında Tuna-Eflak Seferinden dönüldüğünde Selanik ve çevresi de Osmanlı topraklarına katıldı.
Yıldırım Bayezid 1395 yılında İstanbul'u ikinci kez kuşattı. Fakat Haçlıların harekete geçtiğini haber alınca bu kuşatma da birincisi gibi başarıya ulaşmadan kaldırıldı.
Haçlılar Tuna kıyısındaki Niğbolu kalesini kuşattılar. Kale kumandanı Doğan Bey, Yıldırım Bayezid komutasındaki Osmanlı Ordusu yetişinceye kadar kaleyi başarıyla savundu. 1396 yılında Niğbolu kalesi önlerinde çok kanlı çarpışmalar oldu. Haçlılar, tarihe Niğbolu Savaşı olarak geçen bu çatışmada büyük bir bozguna uğradılar. Savaş sonunda Haçlıların aldığı yerler Osmanlı Devletine geçti. Bulgar Krallığı ortadan kaldırıldı ve Macaristan içlerine doğru akınlar yapıldı. Haçlı dünyası yarım yüzyıl Türklerin üzerine yürümeye cesaret edemedi. Bu savaştan sonra Yıldırım Bayezid'e Abbasi Halifesi tarafından "Sultan-i iklim-i Rum" yani "Anadolu Sultanı" ünvanı verildi.
Niğbolu Savaşından sonra İstanbul üçüncü defa kuşatıldı. Daha önceden yapımına başlanmış olan Anadoluhisarı bu kuşatma sırasında tamamlandı. Güçlü bir deniz kuvveti ve büyük topların olmaması fethi engelliyordu. Bu sebeple Yıldırım Bayezid, Türk Denizciliğini geliştirmeye çalıştı. Yıldırım İstanbul'u kuşatma altında tutarak, şehrin teslim olacağını düşünüyordu. Ancak Timur tehlikesi ortaya çıkınca, Bizans'la bir antlaşma yapıldı ve kuşatma kaldırıldı. Bu antlaşmayla, İstanbul Sirkeci'de bir cami, bir İslam Mahkemesi ve bir Türk mahallesi kuruldu. Yıllık haraç arttırıldı. Aynı yıl Yunanistan'a ve Mora'ya sefer düzenlendi.
1398 yılında Karaman ve Karadeniz beylikleri fethedildi. Bir yıl sonra da Dulkadiroğulları beyliğine son verildi. Yıldırım Bayezid, ayrıca İstanbul Galata'da bulunan Ceneviz Kolonisi ile de savaştı.
1402 yılında Cengiz İmparatorluğu'nu yeniden kurmak amacıyla faaliyetlere başlayan Timur'un ordusuyla Azerbaycan ve Bağdat Emirleri'nin teslimiyeti sebebiyle sorun yaşadılar. İki ordu 1402'de Ankara'da Çubuk Ovası'nda karşılaştı. Yapılan Ankara Savaşı'nda Yıldırım'ın kuvvetlerinden olan Kara Tatarlar'ın, Timur tarafına geçmesi Osmanlı Ordusunun dağılmasına neden oldu.
Yıldırım Bayezid Timur'la yaptığı Ankara Savaşı'nda yenildi ve esir düştü. 13 yıl süren saltanatı sonunda esaretinin başlamasından 7 ay 12 gün sonra vefat etti.
Bu savaş Osmanlı Devleti'nin 50 yıl kadar duraklamasına neden oldu. Anadolu Türk birliği dağıldı ve Anadolu'daki beylikler tekrar ortaya çıkarak güçlendi. Başsız kalan Osmanlı Devleti'nde karışıklıklar başladı.
Osmanlı Devleti'nin dört ayrı bölgesinde, şehzadeler tarafından dört ayrı devlet ilan edildi. Bursa, İznik ve İzmit, Timur tarafından yağmalanıp yakıldı, İzmir işgal edildi. 1402'den 1413'e kadar sürecek olan bu iktidar boşluğu ve taht mücadeleleri dönemine Fetret Devri adı verildi.