1909年（清宣统元年）9月15日，谈家桢出生于浙江省宁波市的慈溪。他的祖父是个世传的银匠。父亲谈振镛在家乡的一个杂货铺里当学徒，以后在邮政局里当一名小职员。母亲杨梅英心地善良、勤劳刻苦。6岁那年，谈家桢在当地上私塾，12岁毕业于教会办的道本小学。
1921年（民国十年），谈家桢进入教会办的宁波斐迪中学。
1925年（民国十四年），转学到浙江湖州东吴第三中学高中部。
1926年（民国十五年），谈家桢以优异的成绩毕业于东吴第三中学，并被学校免试保送苏州东吴大学，主修生物学。
1927年（民国十七年），北伐取得胜利，他积极参加学校的罢课和驱逐反动外籍教员运动。
1930年（民国十九年），毕业于苏州东吴大学。经胡经甫推荐，谈家桢成了燕京大学唯一从事遗传学教学和研究的李汝祺教授的研究生。
1932年（民国二十一年），毕业于北京燕京大学研究院，获理学硕士学位。
1934年（民国二十三年），谈家桢告别了母亲和新婚夫人，赴美国加州理工学院攻读博士学位，师从现代遗传学奠基人摩尔根及其助手杜布赞斯基。
1936年（民国二十五年），他的博士论文《果蝇常染色体的遗传图》通过答辩，获加州理工学院哲学博士学位。
1937年（民国二十六年），浙江大学校长竺可桢聘他为生物系教授。不久抗日战争爆发，浙江大学辗转内迁。最后生物系迁到湄潭的一个破旧不堪的唐家祠堂里。在这以后6年的时间里，谈家桢在研究上取得了重要的成就。他的一些代表性论文就是在这段时间里完成的，同时也培养了以后在科研、教学上成绩卓著的第一代研究生。
1944年（民国三十三年），谈家桢发现了瓢虫鞘翅色斑变异的镶嵌显性遗传现象，这一创新性研究成果，至今仍被列为教科书的经典内容。
1945—1946年间，他应哥伦比亚大学的邀请，赴美作客座教授。他对嵌镶显性现象的规律作进一步的研究，并在1946年发表了“异色瓢虫色斑遗传中的嵌镶显性”的论文。这些成果引起国际遗传学界的巨大反响，认为是丰富和发展了摩尔根遗传学说。
1946年（民国三十五年），谈家桢在美讲学期间，他读了李森科撰写的《遗传与变异》英译本小册子，并第一次接触到“米丘林生物学”和“辩证唯物主义”等名词，
1948年（民国三十七年），谈家桢代表中国遗传学界出席在瑞典斯德哥尔摩召开的第八届国际遗传学会议。会上，他被选为常务理事。会后受联合国教科文组织的资助。
1952年，院系调整后任复旦大学生物系教授兼系主任。
1961年起，曾先后担任复旦大学遗传所所长，复旦大学副校长，生命科学院院长和校长顾问等职务。
1966年7月，他的夫人终因不堪折磨，含冤离开了人间。
1968年11月，谈家桢在农田里劳动，有人轻轻地对他说，从明天起你可以不用到田里劳动了。
1979年，谈家桢先生邀请自己在美国加州理工学院的老同学、美国科学院院士JamesBonner带领学术团队来复旦大学开设分子遗传学培训班，系统介绍建立基因组文库、分子克隆等前沿学术进展，为中国开展分子遗传学研究培养了大批骨干。
1989年9月，为了鼓励家乡浙江的学子报考生命领域专业，谈老以自己的稿酬和积蓄设立了“谈家桢生命科学奖学金”，此后他多次用稿费向奖学金捐资扩充基金。
1992年6月，谈家桢一行12人（7位科学家，5位家属）应台湾中央研究院院长、著名物理学家吴大猷的邀请，作为大陆第一批科学家访问台湾。
1995年10月，就教育体制改革问题上书中央，受到江泽民总书记、李岚清副总理等中央领导同志的关注和支持。
1997年4月，谈家桢先生不顾年事已高，奔走于上海、浙江等地，考察了多家基因研究与产品开发单位。他写信给江泽民总书记，大声疾呼：中国人类基因资源流失情况已十分严重，如再不采取有力措施，基因资源将被掠夺殆尽。
1999年，当选为纽约科学院名誉终身院士。
2008年11月1日7时18分，在上海华东医院逝世，享年100岁。
科研综述
研究工作主要涉及瓢虫、果蝇、猕猴、人体、植物等的细胞遗传、群体遗传、辐射遗传、毒理遗传、分子遗传以及遗传工程等。坚持科学真理，把毕生精力贡献给了遗传学事业；为遗传学研究培养了大批优秀人才；建立了中国第一个遗传学专业，创建了第一个遗传学研究所，组建了第一个生命科学院。特别在果蝇种群间的演变和异色瓢虫色斑遗传变异研究领域有开创性的成就，为奠定现代综合进化理论提供重要论据。
在浙江大学任教期间他发现了瓢虫色斑遗传的镶嵌显性现象。引起国际遗传学界的巨大反响，认为是对经典遗传学发展的一大贡献。
20世纪30年代初起进行亚洲异色瓢虫色斑的遗传变异研究和果蝇的细胞遗传基因图及种内种间遗传结构的演变研究，为现代综合进化理论的创立作出了重大贡献。尤其是异色瓢虫等位基因嵌镶显性遗传和果蝇性隔离形成的多基因遗传基础的发现，引起国际遗传学界的巨大反响，对中国遗传学工作起了推动作用。20世纪60年代初在领导中苏合作的弥猴辐射遗传的研究以及20世纪70年代起致力于组织分子遗传学和植物遗传工程等研究，均取得了一些重要成果。
他先后发表了百余篇研究论文和学术论述方面文章，主要汇集在《谈家桢论文选》（1987年，科学出版社）和《谈家桢文选》（1992年，浙江科技出版社）中。
《生物学引论》、《遗传与物种起源》、《基因与遗传》、《谈谈摩尔根学派的遗传学说》、《基因工程》、《谈家桢论文集》、《谈家桢论文选》、《基因的萦梦》
《奇妙的克隆》收入初中语文人教版八年级上册第十七课。
科研成果奖励
1995年，获“求是”科学基金会杰出科学家奖
教学成果
谈家桢先生从事遗传学教学和研究七十年，先后教过普通生物学、脊椎动物比较解剖学、胚胎学、遗传学、细胞学、实验进化学、细胞遗传学、达尔文主义、辐射遗传学、原生动物学等课程。学生有霍华德休斯医学研究院研究员许田教授上海交通大学医学院的周光炎教授、复旦大学副校长的金力教授。
1999年，当选为纽约科学院名誉终身院士）。
1987年，当选为意大利国家科学院外籍院士。
1985年，美国马里兰大学授予荣誉科学博士。
1985年，当选为美国国家科学院外籍院士和第三世界科学院院士。
1984年，加拿大约克大学授予荣誉科学博士。
1980年，当选为中国科学院学部委员（院士）。
谈先生为中国遗传学的发展做出了巨大的贡献，是我校生命科学学院的奠基人，他在复杂的政治形势下，坚持真理，建立了中国第一个遗传学专业，第一个遗传学研究所，第一个生命科学学院；晚年的谈先生上书中央，对中国遗传资源的保护及人类基因组研究起到了关键的推动作用。（中国科学院院士、复旦大学副校长金力院士评）
