Bultmann verlebte seine Kindheit und Jugend in einem von tiefer Frömmigkeit geprägten Elternhaus. Sein Vater war lutherischer Pfarrer, seine Mutter Pfarrerstochter mit pietistischer Prägung. Nach seinem Abitur am Großherzoglichen Gymnasium in Oldenburg 1903 studierte Bultmann Evangelische Theologie und Philosophie in Tübingen, Berlin und Marburg an der Lahn. Prägend wurden Karl Müller (1852–1940) in Tübingen, Hermann Gunkel (1862–1932) und Adolf von Harnack (1851–1930) in Berlin sowie die Neutestamentler Adolf Jülicher (1857–1938) und Johannes Weiß (1863–1914), der Systematiker Wilhelm Herrmann (1846–1922) und der Neukantianer Paul Natorp (1854–1924) in Marburg an der Lahn, wo Bultmann 1910 mit der von Weiß angeregten Untersuchung „Der Stil der paulinischen Predigt und die kynisch-stoische Diatribe“ zum Lic. theol. promoviert wurde und sich 1912 mit der von Jülicher betreuten Arbeit „Die Exegese des Theodor von Mopsuestia“ habilitierte. Beide Arbeiten waren der religionsgeschichtlichen Forschung verpflichtet.

Nach der Habilitation war Bultmann als Privatdozent für Neues Testament in Marburg an der Lahn tätig. Kontakte zu seinem Marburger Kollegen, dem Theologen und Politiker Martin Rade (1857–1940), sowie seine Mitgliedschaft (seit 1903) in der Vereinigung der „Freunde der Christlichen Welt“ verstärkten Bultmanns liberaltheologische Ausrichtung. 1916 wurde er als außerordentlicher Professor für Neues Testament an die Universität Breslau (Niederschlesien, heute Wrocław, Polen) berufen; 1920 wechselte er als ordentlicher Professor nach Gießen, 1921 weiter nach Marburg an der Lahn, wo er bis 1951 lehrte (Dekan 1925).

1921 erschien Bultmanns erstes großes Werk, „Die Geschichte der synoptischen Tradition“, das in vielen Auflagen die Evangelienforschung prägte. Mit genauer historisch-kritischer Arbeit analysierte Bultmann, auch in Auseinandersetzung mit Karl Ludwig Schmidt (1891–1956) und Martin Dibelius (1883–1947), die Formen und Gattungen der in den synoptischen Evangelien zu findenden Traditionen und ihre Herkunft aus Gemeindetraditionen oder als authentische Jesusworte. In seiner frühen Marburger Zeit entwickelte Bultmann eine Nähe zur „Dialektischen Theologie“ und einigen ihrer Protagonisten wie Karl Barth (1886–1968) und Friedrich Gogarten (1887–1967). Themen wie „Offenbarung“ und „Wort Gottes“ rückten in das Zentrum seiner wissenschaftlichen Arbeit.

Eine ausdrücklich hermeneutische Perspektive gewann Bultmanns Forschung durch seine Begegnung mit der Existenzialphilosophie Martin Heideggers (1889–1976), dessen Kollege er zeitweise in Marburg an der Lahn war, und deren engem Bezug zum Denken Søren Kierkegaards (1813–1855), Martin Luthers (1483–1546) und Paulus’ (1. Jh. n. Chr.). Bultmann entwickelte in den 1920er Jahren die ihn sein ganzes weiteres wissenschaftliches Arbeiten beschäftigende „existentiale Interpretation“ der Texte des Neuen Testaments. Seine Grundeinsicht war, dass Theologie überhaupt und gerade die neutestamentliche Exegese nur aus der Perspektive des die Texte auslegenden Menschen in seiner jeweiligen Geschichte und Existenz betrieben werden könne. Die Auslegung der Geschichte begriff Bultmann als Selbstauslegung des Daseins, das im Akt der Auslegung vor die Frage der eigenen Existenz gestellt wird und im Augenblick der Entscheidung seine Eigentlichkeit gewinnt oder verfehlt. In dieser Verbindung von anthropologischer und theologischer Perspektive im Akt der Auslegung erhalten die neutestamentlichen Texte ihre Relevanz für die menschliche Existenz.

Mit seinem Buch „Jesus“ (1926) wandte sich Bultmann – auch im Anschluss an Albert Schweitzer (1875–1965) – von der im 19. Jahrhundert aufblühenden Forschung zum „historischen Jesus“ ab mit der Pointe, den „gepredigten Herrn Jesus Christus“ in seiner Bedeutung für das je eigene Dasein wahrzunehmen. Die mythischen Aussagen des Neuen Testaments müssten identifiziert und existential interpretiert werden. In seinen Vorlesungen zur „Einführung in das Theologische Studium“, die Bultmann seit 1926 hielt und die 1984 u. d. T. „Theologische Enzyklopädie“ veröffentlicht wurden, beschrieb er den Gegenstand der Theologie als die von Gott bestimmte Existenz des Menschen. In seinem 1941 in Frankfurt am Main und Alpirsbach (Nordschwarzwald) gehaltenen Vortrag „Neues Testament und Mythologie. Das Problem der Entmythologisierung der neutestamentlichen Verkündigung“ fasste Bultmann sein hermeneutisches Konzept zusammen. Sein Programm rief in einer Zeit, als der Nationalsozialismus mit eigenen Mythenbildungen auf dem Höhepunkt seiner Herrschaft war, heftige Reaktionen auch in Kreisen von Theologie und Kirche hervor. Hans Asmussen (1898–1968) und Hans-Joachim Iwand (1899–1960) kritisierten Bultmann scharf, Barth reagierte distanziert, während Dietrich Bonhoeffer (1906–1945) Bultmann gegen Einwände auch aus der Bekennenden Kirche verteidigte. Die Diskussion um die Entmythologisierung und die Anfeindungen aus kirchlichen Kreisen begleiteten Bultmann bis an das Ende seines wissenschaftlichen Wirkens.

Gegen die nationalsozialistische Weltanschauung bezog Bultmann von Beginn an Stellung, was u. a. zu einer Distanzierung zwischen ihm und Heidegger führte. Mit der Marburger Theologischen Fakultät stellte sich Bultmann 1933 gegen die Anwendung des „Arierparagrafen“ im kirchlichen Raum. Der jüdische Philosoph Hans Jonas (1903–1993) blieb seinem Lehrer Bultmann über die Zeit des Dritten Reichs verbunden; beide pflegten nach dem Zweiten Weltkrieg einen regen Austausch. Bultmann äußerte sich in Publikationen während der Zeit des Dritten Reichs gegen antijüdische Tendenzen in Theologie und Kirche.

Bultmanns 1941 erstmals publizierter Kommentar zum Johannesevangelium hat bis heute großen Einfluss auf die neutestamentliche Forschung, etwa im Streit um die präsentische Eschatologie dieses Evangeliums und den methodischen Zugang zu diesem Text. Auch in seiner Paulusforschung verband Bultmann die Interpretation der neutestamentlichen Texte mit seinen hermeneutischen Einsichten. Zwischen 1948 und 1953 erschien in drei Lieferungen sein Werk „Theologie des Neuen Testaments“, das 1984 von seinem Schüler Otto Merk (1933–2021) in neunter Auflage herausgegeben wurde. Viele seiner hermeneutischen Arbeiten sind in den vier Aufsatzbänden „Glauben und Verstehen“ (1933–1965) versammelt.

Die Frage nach dem Dasein in der Geschichte, mit der Bultmann sich intensiv in seinen „Gifford Lectures“ 1955 in Edinburgh auseinandersetzte, beschäftigte ihn während seines ganzen akademischen Schaffens. Viele weitere Vorträge außerhalb Deutschlands lassen die weltweite Wirkung Bultmanns erkennen.

Bultmann hatte zahlreiche akademische Schülerinnen und Schüler, die in kritischer Auseinandersetzung mit ihrem Lehrer die theologischen und kirchlichen Diskurse auf unterschiedliche Weise prägten. Besonders einflussreich wurden etwa Heinrich Schlier (1900–1978), Ernst Fuchs (1903–1983), Günther Bornkamm (1905–1990), Ernst Käsemann (1906–1998), Helmut Köster (1926–2016) und Walter Schmithals (1923–2009). In einem entfernteren Schülerinnenverhältnis zu Bultmann stand Dorothee Sölle (1929–2003). Im Kreis der theologischen Arbeitsgemeinschaft „Alte Marburger“ versammelten sich neben Schülerinnen und Schülern Bultmanns andere an hermeneutischer Theologie Interessierte. Aus dieser Arbeitsgemeinschaft entstand 1998 die Rudolf-Bultmann-Gesellschaft für Hermeneutische Theologie e. V. mit den Vorsitzenden von 1998 bis 2008 Ulrich H. J. Körtner (geb. 1957), von 2008 bis 2023 Christof Landmesser (geb. 1959) und seither Malte Dominik Krüger (geb. 1974). Das 1963 an der Universität Marburg an der Lahn eingerichtete Institut für Hermeneutik firmiert seit 2009 unter dem Namen Rudolf-Bultmann-Institut für Hermeneutik.