1907年5月18日，王淦昌出生于江苏常熟县枫塘湾。先读私塾，1916年转入太仓县沙溪小学，13岁到上海，就读浦东中学。1924年高中毕业，进入外语专修班。随后进入一所技术学校，学习汽车驾驶和维修技术。
1925年8月，考入清华大学。
1929年6月毕业于清华大学物理系，留校任助教，在吴有训教授指导下完成论文《清华园周围氡气的强度及每天的变化》，这是中国第一篇有关大气放射性的实验研究论文。
1930年王淦昌考取江苏省官费留学，到德国柏林大学威廉皇家化学研究所读研究生，师从著名的女核物理学家L 迈特纳（Meitner）。
1931年，王淦昌在德国就读研究生期间，提出可能发现中子的试验设想，1932年英国科学家查德威克按此思路进行试验发现了中子并获得诺贝尔奖。
1932年，王淦昌在迈特纳指导下，发表了《关于RaE连续β射线谱的上限》的论文；同年12月完成了关于内转换电子研究的博士论文，获得博士学位。曾去英国、法国、荷兰、意大利等国做学术访问，访问了卡文迪许（Cavendish）实验室等欧洲著名科学中心，会见了卢瑟福、查德威克、埃利斯等物理大师。
1934年4月，王淦昌回国。先后在山东大学、浙江大学物理系任教授。王淦昌在这一时期，培养出一批优秀的青年物理学家，其中包括诺贝尔物理奖获得者李政道。
1941年，王淦昌在《关于探测中微子的一个建议》的论文中提出，通过轻原子核俘获K壳层电子释放中微子时产生的反冲中微子的创造性实验方法。1942年1月，美国《物理评论》（PhysicalReview）发表了这篇短文，此项成果荣获第二届范旭东先生纪念奖。 1947年9月，王淦昌作为访问学者前往美国加州大学伯克利分校从事研究工作，他与S B 琼斯（Jones）合作研究有关宇宙线中介子衰变的问题。
1950年，调入中国科学院近代物理研究所。1952年，王淦昌与吴恒兴、林传骝赴朝鲜战场，完成了探测美军是否使用原子武器、投掷放射性物质的任务。同年，任中国科学院近代物理研究所副所长。
1956年9月，王淦昌作为中国的代表，到苏联杜布纳联合原子核研究所任研究员，从事基本粒子研究，并被选为副所长。在联合原子核研究所工作期间，他领导的物理小组首次发现了反西格马负超子（～∑—），首次观察到在基本粒子相互作用中产生的带奇异夸克的反粒子。 1959年，王淦昌在苏联杜布纳联合原子核研究所的研究中，从4万对底片中找到了一个产生反西格马负超子的事例，发现超子的反粒子，引起国际学术界轰动。1960年12月王淦昌从苏联回国，1961年4月，受命秘密地参加到原子弹的研制工作中，负责物理实验方面的工作。指导设计实验元件和指挥安装，于1962年，基本上掌握原子弹内爆的手段和实验技术。
1964年12月，王淦昌独立提出激光驱动核聚变的建议，中国激光核聚变研究开始起步。1978年，王淦昌调回北京，任核工业部副部长，兼原子能研究所所长。在其直接领导下，先后开展强流电子束惯性约束核聚变和氟化氪（KrF）激光惯性约束核聚变的基础性研究工作，为后来的惯性约束聚变获取核能做出了开创性工作。
1982年，王淦昌因发现反西格马负超子和研制、试验核武器方面的工作，荣获两项国家自然科学奖一等奖。
1984年，王淦昌在联邦德国驻华使馆接受柏林自由大学授予的荣誉证书，以纪念他在柏林大学获得博士学位50周年。这是专为获博士学位50年后仍在科研第一线工作的科学家设立的。人们称这样的科学家为“金博士”。1992年，在王淦昌、于敏等人的推动下，激光惯性约束聚变作为一个独立主题列入了国家“863”计划，获得了国家长期稳定的支持。
1998年6月，王淦昌被授予中国科学院首批“资深院士”称号。
1998年12月10日21时48分，王淦昌因病在北京逝世，享年91岁。
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在20世纪50年代初期，王淦昌领导并参加了有关宇宙线的研究。他与肖健共同领导筹建位于云南落雪山海拔3185米处的中国第一个高山宇宙线实验室。在他们领导下，在高山实验室安装了自行设计建造的磁云雾室。实验室于1954年建成，开始观察宇宙线与物质相互作用。共搜集到700多个奇异粒子事例，研究了奇异粒子性质，使我国在宇宙线方面的研究进入当时国际先进行列。
1964年，王淦昌独立地提出了用激光打靶实现核聚变的设想，是世界激光惯性约束核聚变理论和研究的创始人之一，也使中国在这一领域的科研工作走在当时世界各国的前列。在杜布纳联合原子核研究所，王淦昌领导的研究小组发现了反西格马负超子。
1985年，王淦昌把研究方向转向氟化氪激光聚变研究，把原有的强流电子加速器改建成泵浦准分子激光的氟化氪激光器。经过不断改进，到1996年初，激光器输出能量达到了276焦耳，使中国准分子激光研究步入了国际先进行列，成为继美、英、日本、前苏联之后具有百焦耳级氟化氪激光器的国家，并使原子能院成为我国氟化氪准分子激光技术以及氟化氪激光惯性约束聚变研究的一个重要基地。
王淦昌作为中国核武器研制的主要科学技术领导人之一、核武器研究试验工作的开拓者，在从事核武器研制期间，指导并参加了中国原子弹、氢弹研制工作。他是原子弹冷试验技术委员会主任委员，指导了中国第一次地下核试验，领导并具体组织了中国第二、第三次地下核试验。主持指导的爆轰物理试验、炸药工艺、近区核爆炸探测、抗电磁干扰、抗核加固技术和激光模拟核爆炸试验等方面都取得重要成果。1982年获国家自然科学奖一等奖，1985年获两项国家科技进步奖特等奖。
此外，王淦昌非常关心中国科学技术，特别是高科技事业的发展。1986年3月，王淦昌与王大珩、陈芳允、杨嘉墀联合向中央提出《关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议》，建议发展对国家未来经济和社会有重大影响的生物、航天、信息、激光、自动化、能源和新材料等高技术，力求缩小中国与先进国家间科技水平的差距，在有优势的高技术领域创新，解决国民经济急需的重大科技问题。由此催生了举世瞩目的战略性高科技发展计划――“863”计划。
王淦昌曾担任20年的大学教授，桃李满天下，华裔科学家李政道是他的弟子。在国防科研领域，他言传身教，影响和造就了一大批人才。周光召、邓稼先、于敏、陈能宽、程开甲、杜祥琬、胡仁宇、胡思得、唐孝威、吕敏、丁大钊、王乃彦、贺贤土都曾接受王淦昌的直接指导。
科学
▪ 1999 “两弹一星”功勋奖章 （获奖）
▪ 1994 首届 何梁何利基金科学与技术成就奖 （获奖）
▪ 1985 国家科技进步奖特等奖 （获奖）
▪ 1982 国家自然科学奖一等奖 （获奖）
国务委员张劲夫：无私奉献，以身许国，核弹先驱，后人楷模。
华裔科学家李政道：王淦昌为祖国的科学和教育事业献出了毕生的精力，取得了很大的成就。他终生保持了年轻学生的求学精神。他为人诚恳热情、正直、坦诚，治学严谨，是祖国近代物理学的一代宗师，后人之楷模。
中国科学院院士贺贤土：王淦昌先生是一位伟大的国际著名的物理学家，被国际上称为Great Wang。王淦昌先生的一生闪耀着科学智慧的光芒，他把毕生的智慧和精力全部奉献给了祖国的科学事业。王淦昌先生的科学成就和品德修为，深受世人的尊敬和爱戴，为后人留下了宝贵的精神财富，为科技工作者树立了光辉的典范。
中国科学院院士王乃彦：王淦昌虽然学术造诣很高，但是一直是勤学好问，只要自己不懂的就可以向年轻人请教，向年轻人学习。在60多年的核物理科研生涯中，他对新鲜事物的高度敏感性和勇于创新的精神，不断地从一个高峰攀登到另一个高峰。
