Баязид родился в Эдирне, предположительно в 1360 году, в семье султана Мурада I и его наложницы Гюльчичек-хатун. Уже в раннем возрасте он участвовал в походах своего отца, приобретая военный опыт. Путь к власти для него оказался расчищенным после того, как в 1373 году Мурад I жестоко подавил мятеж своего старшего сына Савджи-бея, который, по некоторым данным, имел больше сторонников среди турок, чем Баязид. Мурад ослепил и казнил Савджи, а Баязид, как предполагается, донёс на брата, чем заслужил доверие отца. Это стало первым шагом в серии братоубийств, ставших позже мрачной традицией в истории Османской династии.
В 1381 году Баязид вступил в брак по политическому расчёту с дочерью эмира Гермияногуллары, получив в приданое часть земель. Вскоре он был назначен санджакбеем Кютахьи, откуда обеспечивал безопасность восточных границ, пока Мурад I воевал на Балканах.
Прозвище "Молниеносный" Баязид получил после своей первой крупной кампании в Анатолии. Когда его зять, Алаэддин, правитель бейлика Караман, напал на османские земли, Баязид за короткое время перебросил войска и разбил его у Коньи.
15 июня 1389 года в битве на Косовом поле Баязид командовал правым крылом османской армии. Когда его отец, Мурад I, погиб, Баязид немедленно принял командование и добил противника. Прямо на поле боя он был провозглашён султаном. Чтобы исключить будущие конфликты, Баязид приказал задушить своего брата Якуба, который также находился в армии. Это стало первым случаем, когда султан приказал убить своего брата, чтобы обеспечить себе трон.
После Косова Баязид быстро перебросил войска в Анатолию, где местные беи, воспользовавшись смертью Мурада, попытались вернуть свои земли. За одну зиму Баязид разгромил все мелкие бейлики (Айдын, Сарухан, Гермиян, Ментеше и Хамид), аннексировав их территории и тем самым значительно расширив государство.
В 1396 году европейские монархи, обеспокоенные османской экспансией, организовали крупный крестовый поход. Возглавляемая королём Венгрии Сигизмундом армия из 30-35 тысяч рыцарей и солдат двинулась в сторону османских владений. Они осадили болгарскую крепость Никопол. Баязид, на тот момент осаждал Константинополь и быстро сняв осаду города, двинулся им навстречу. 25 сентября 1396 года в битве при Никополе османская армия полностью разгромила крестоносцев. После победы Баязид приказал казнить большую часть пленных в отместку за потери османского войска, лишь самых знатных рыцарей отпустили за огромный выкуп. Этот триумф укрепил авторитет Баязида в Европе и позволил ему полностью подчинить себе Болгарию.
Султан после победы продолжил осаду Константинополя, которая длилась восемь лет с 1394–1402 года. Город был на грани падения, его жители голодали, а казна была пуста.
Тем временем в восточных владениях Османского государства назревал конфликт. Правители покорённых бейликов бежали ко двору Тамерлана, могущественного среднеазиатского завоевателя, и просили его о помощи. Баязид и Тамерлан обменялись высокомерными и оскорбительными письмами. Тамерлан, разгневанный поведением Баязида и желавший наказать его за "похищение" его вассалов, двинул свою армию в Анатолию.
20 июля 1402 года в битве при Анкаре армии двух великих правителей сошлись в решающем сражении. Войско Баязида, измученное жарой и долгим переходом, было разгромлено. Татарские и анатолийские воины, заранее были подкуплены Тамерланом и во время битвы перешли на его сторону и атаковали осман. Сам Баязид пытался бежать, но был пойман и взят в плен. Тамерлан обращался с ним с унизительным снисхождением.
Баязид I умер в плену 17 марта 1403 года, предположительно от апоплексического удара. Его смерть положила начало периоду османского междуцарствия, который длился более десяти лет, пока его сын Мехмед I не восстановил целостность государства. Тело Баязида было перевезено в Бурсу, но в 1414 году его останки были выкопаны и сожжены караманским беем Мехмедом, который мстил за казнь своего отца, Алаэддина.
