Maskelyne era el tercer hijo del matrimonio entre Edmund Maskelyne, oriundo de Purton (Wiltshire) y Elizabeth Booth.

Según cuentan sus biógrafos la observación del eclipse solar del año 1748 le impresionó tanto que decidió dedicarse a la astronomía; se graduó en el séptimo puesto en el Trinity College, Cambridge, en el año 1754 dedicándose desde ese momento a ampliar sus conocimientos astronómicos.

Conoció al astrónomo James Bradley en 1755, quien le inició en la observación; debido a sus especiales aptitudes en el año 1761 fue comisionado por la Royal Society para efectuar delicadas observaciones del tránsito del planeta Venus sobre el disco solar, para lo cual se desplazó hasta la isla de Santa Elena; durante las semanas del trayecto marítimo realizó experimentos para determinar la longitud por medio de observaciones lunares.

A partir de estos resultados Charles Hutton calculó la densidad media terrestre que resultó ser 4,5 veces la del agua.

Se casó en 1785 con Sophie Ross y tuvo dos hijos: Margaret Maskelyne (1786-1858) y Nevil Story-Maskelyne (1823-1895), profesor de mineralogía en Oxford.