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Nel 1578, Song Yingxing nacque in una famiglia burocratica nella provincia del Jiangxi, Cina meridionale. Il suo bisnonno paterno fu un alto funzionario del dipartimento dell'edilizia della corte imperiale, ma ai tempi di Song Yingxing, la famiglia cadde in una crisi economica. Song partecipò una volta agli esami imperiali della provincia, e fu selezionato tra diecimila partecipanti, avvalendosi di buone prospettive d'avviamento alla carriera burocratica. In seguito, Song Yingxing si recò diverse volte a Pechino per l'esame a livello della capitale, ma senza mai riuscire a superarlo. All'età di 45 anni, dopo la quinta volta che fallì l'esame, rinunciò all'intenzione di diventare funzionario, e si immerse nella ricerca in campo tecnico e scientifico e nella riflessione filosofica. All'età di 51 anni, pubblicò il manuale "Tiangongkaiwu".
Song Yingxing intitolò la sua opera "Tiangongkaiwu": per 'Tian' si intende natura, 'Gong', significa forza lavoro, 'Kai' indica sviluppare, e 'Wu', sta per ricchezza materiale. Questo nome riflette non solo l'ardente desiderio di Song affinchè i lavoratori comuni scoprano la natura, ma anche una sfida alla tradizione che prevedeva l'avvio della carriera di funzionario attraverso lo studio dei classici confuciani, ovvero l'ideologia centrale della società storica del potere imperiale. Gli studi dei classici confuciani erano rivolti alle opere classiche del Confucianesimo, e gli eruditi si concentravano su tali conoscenze con l'intenzione di avviarsi alla carriera di funzionari. Lo studio delle scienze naturali, al contrario, rappresentava solo un fenomeno individuale. Durante la dinastia Ming, le ricerche nel campo degli studi dei classici confuciani ostruivano l'intero ambito accademico, e Song Yingxing disprezzava gli inermi studiosi che stavano sempre sui libri senza apprendere conoscenze relative alla produzione. Lo scienziato detestava anche gli esami imperiali, che considerava inutili per la produzione sociale; nella prefazione di "Tiangongkaiwu", infatti, scrisse: "Questo libro non ha niente a che vedere con la carriera burocratica". Song Yingxing promosse la pratica, gli esperimenti scientifici, la ricerca e la datazione precisa. Si recava di persona nelle botteghe degli artigiani e sui campi per condurre esperimenti ed osservazioni, ed il suo atteggiamento verso la ricerca influenzò ad un certo livello i metodi di studio dell'epoca successiva. 
Nel "Tiangongkaiwu", Song Yingxing illustrò le scene di lavoro e il livello di produzione della dinastia Ming e annotò dettagliatamente la produzione e le innovazioni dell'artigianato e dell'agricoltura cinesi, e la sua opera funse da legame tra passato e futuro per la produzione pratica e la ricerca scientifica in campo artigianale ed agricolo.
Il "Tiangongkaiwu" di Song è suddiviso in 18 volumi, secondo l'ordine dei settori di produzione; nel primo volume, l'autore descrive la coltivazione della terra, l'uso degli attrezzi agricoli e l'irrigazione; nel secondo volume, parla dell'abbigliamento, dell'allevamento del baco da seta, della filatura della seta, della coltivazione del cotone e della canapa e delle tecniche tessili; il terzo volume verte sulla coltivazione delle piante per la colorazione e sulle tecniche di tintura. Inoltre, l'opera tratta anche la lavorazione dei cibi, la produzione di sale, zucchero e vino, nonché la metallurgia, l'estrazione mineraria, la produzione e conduzione di carri e navi, la fabbricazione di armi, carta e di oggetti di cancelleria, e la lavorazione dei gioielli. E' da notare che Song Yingxing diede rilievo alla produzione che ha legami con la vita popolare, e collocò le ricerche sulla lavorazione dei gioielli alla fine dell'opera. Lo scienziato indicò in modo speciale la sua attribuzione d'importanza all'agricoltura e minore considerazione dei metalli e delle pietre preziosi, il che testimonia il suo orientamento improntato sull'arricchimento pratico del popolo.
Il "Tiangongkaiwu" registra e conserva le conoscenze accumulate nel campo della fisica e della chimica, tramandate dagli antenati di generazione in generazione, ed illustra per la prima volta la lunga tradizione cinese nell'ambito dell'estrazione mineraria, della metallurgia e della fabbricazione meccanica. Nel libro sono stati registrati oltre 30 tipi di risorse minerarie e metodi d'estrazione. In particolare, è descritta vividamente la ventilazione nei pozzi minerari, operata ad esempio inserendo un grosso bambù cavo nel pozzo di carbone per far salire in superficie il gas, così da evitare esplosioni ed intossicazioni. Le tecnologie e i meccanismi descritti nel libro erano avanzati per la realtà di allora, e rivestirono un ruolo significativo per la produzione e le tecniche nei secoli successivi.
In seguito, il "Tiangongkaiwu" giunse in Giappone, dove diede vita alla scuola "Kaiwu", e le ricerche tecnico-scientifiche giapponesi di epoca moderna considerarono il libro come un importante riferimento. Nel 19° secolo, il manuale scosse l'Europa, venne tradotto subito in molte lingue, e svolse un ruolo attivo durante la rivoluzione industriale europea. Il biologico inglese Charles Robert Darwin lodò il manuale definendolo "un'opera autorevole", e introdusse alcune nozioni del "Tiangongkaiwu" nel suo libro.
Inoltre Song Yingxing compilò anche "aria", "tempo" ed altre opere, illustrando la sua concezione materialistica della natura. Le sue ricerche sull'aria e il suono sono particolarmente importanti. Attraverso esperimenti scientifici, scoprì che il suono consiste nella vibrazione dell'aria, e paragonòil suono alle onde dell'acqua, ritenendo che la diffusione sonora assomiglia all'infrangersi dell'acqua sugli scogli. Nell'Europa di allora, la diffusione del suono era considerata ancora equivalente a quella delle particelle.
