清光绪二十四（1898年）七月十六日，叶企孙出生于上海书香门第家庭，在叶父的严格教养下，资质聪颖的叶鸿眷进步神速，小小年纪便修得了一身儒雅气质。得益于父亲的开明思想，少年叶企孙在攻读传统经书的同时，也开始接触到西方科学文化及应用-“既重格致，又重修身，以为必以西方科学来谋求利国利民才能治国平天下”。
清光绪三十三年（1907年），9岁的叶鸿眷到父亲主持的上海敬业学堂读书（现上海市敬业中学）。
清宣统三年（1911年）二月至十月，进入清华学堂（其后设立的大学部为现清华大学）。当时未满13岁的叶先生是清华学堂的第一批学生。
民国二年（1913年）夏，清华学堂在上海恢复招生。他改名叶企孙，再次报考录取。
民国七年（1918年），叶企孙考取庚子赔款留美公费生，去往美国芝加哥大学物理系就读，插班进了大学三年级，师从实验物理大师P.W.布里奇曼（1946年获诺贝尔物理学奖）。
民国九年（1920年）六月获理学士学位，同年9月入哈佛大学研究院学习。
民国十年（1921年）叶企孙和导师W.duane及H.hpalmer合作测定普朗克常数h=（6.556±0.009）？10-27尔格秒，被物理学界沿用16年之久。民国十二年（1923年）获哈佛大学哲学博士学位。同年10月，告别美洲大陆，取道欧洲回国。在欧洲，他游历了英、法、德、荷兰和比利时五国，参观了一些名胜古迹、博物馆、美术馆和一些高等学校的物理研究所，拜会了这些国家的物理学界同行。
民国十三年（1924年）三月，回到上海。
民国十四年（1925年）八月，清华学校（现清华大学）副教授。
1926年－1933年，清华学校（现清华大学）物理系主任、教授。
民国十八年（1929年），国立清华大学，理学院，院长。同时被推选为决定学校大政的7位评议员（教授会议的最高议事机构）之 一。11月22日，在清华校刊上发表《中国科学界之过去、现在及将来》，指出：“纯粹科学和应用科学须两者并重。纯粹科学的目标，应着重在养成对于研究的兴趣；应用科学方面，则应明定目标，切实去做。
民国二十二年（1933年），参加中国天文学会，并被选为理事。
民国二十六年（1937年）七月七日，当时正在北平清华大学任教的叶企孙立即放下出国访问的机会，负担起抢运图书、仪器的重任。叶企孙的学生熊大缜也放弃了出国深造的机会，跟老师一起工作，投身到抗日洪流之中。
民国三十四年（1945年）八月，任西南联大理学院院长。11月，由西南联大常委会议决，暂代该校常委职务。
民国三十七年（1948年），当选为中央研究院院士。
1949年5月，在清华学人的一致拥戴下，叶企孙被任命为清华大学校务委员会主席，履行校长职责，主持新中国成立阶段清华大学校务。9月作为教育界代表参加第一届中国人民政治协商会议，当选为全国政协委员。
1950年5月，出席全国高等教育会议。8月出席自然科学工作者代表会议，当选为中华全国自然科学专门学会联合会（现中国科学技术协会）全国委员会常委兼计划委员会主任。
1955年，当选为中国科学院学部委员、常委委员。
1956年，参加中国科学技术长远发展规划的讨论和制定工作，主持编写1956－1967年科学技术发展规划基础科学物理部分中磁学分支学科规划和自然学史部分规划。
1967年6月，被北大红卫兵揪斗、关押、抄家、停发工资、劳改。
1968年4月－1969年11月，被中央军委办事组逮捕、关押，释放后又被隔离审查到1975年。
1968年，他被正式逮捕关押，关押一年多以后，由于“内查外调”查无实据被放回北大，在特务嫌疑犯的莫须有罪名下继续受到打击和监视。
1972年5月，北京大学对叶企孙作出了敌我矛盾，按人民内部矛盾处理的结论，恢复教授待遇和每月350元的工资，并在北大中关园给他分配了一套一室一厅的住房。
1977年1月13日，叶企孙在医院因抢救无效，平静辞世，终年79岁。
1977年1月19日，叶企孙追悼会在八宝山举行。
1921年，叶企孙和导师W.Duane及H.hpalmer合作用X射线精确地测定普朗克常数h=（6.556±0.009）Î10-27 尔格秒，被物理学界沿用16年之久。A.1.ComPton 1935年在他出版的名著《X-Rays in Theory and ExPeriment》一书中称其“是一次对普朗克常数的最为可靠的测定”，还有E.R.Cohen的《The Fundamental Constants of physics》等书中对叶企孙他们的这项工作也有记载。
20世纪20年代与合作者对普朗克常数作了精确测定，其值被国际物理学界沿用16年之久。研究液压对磁体磁导率的影响，并在12000kg/cm2压强下测量了铁、镍、钴和两种钢的磁导率，理论分析与实验定性相符合。创办了清华大学物理系、北京大学磁学专门组。是中国当代物理学的先驱和奠基人。在培养科学人才、发展中国教育事业方面作出了重要贡献。
测定普朗克常数的工作完成以后，叶企孙在其导师、后来的美国诺贝尔物理学奖得主，以在高压物理领域内的研究知名于国际物理学界的P.W.Bridgman教授的指导下，开始了高压强流体静压对铁镍磁导率的影响的研究，达到当时国际先进水平，这是本世纪20年代在物质铁磁性方面的一项重要研究工作，受到了世界各地科学界的重视。这项工作于1923年完成。研究成果作为他的博士论文：“The Effect Of Hydrostatic Presure On The Magnetie Permeability Of Iron Cobal And Nickel”，发表于1925年。
叶企孙先生长期担任清华大学物理系主任和理学院院长，叶企孙一生有关教育的著述甚少，但他作为主要领导者、策划者参与了清华物理系、理学院的创建，从物理系、理学院的办学中可窥见他的教育理念。
叶企孙把毕生精力贡献给中国教育及科学事业，在清华开展了长达二十余年的教学、科研活动，对学生教育方法得当，培养出了大批优秀科学家。抗战前毕业的九届学生50余人中涌现出了许多的杰出学者，如：理论物理学家王竹溪、彭桓武、张宗燧、胡宁，核物理学家王淦昌、施士元、钱三强、何泽慧，力学家林家翘、钱伟长，光学家王大珩、周同庆、龚祖同，晶体学家陆学善，固体物理学家葛庭燧，地球物理学家赵九章、翁文波、傅承义，以及秦馨菱、李正武、陈芳允、于光远等。西南联大物理系毕业生中，后来成为著名科学家有：黄昆、戴传曾、李荫远、萧健、徐叙瑢、朱光亚、邓稼先、杨振宁、李政道等。解放后毕业于清华物理系、后来成为著名物理学家的有周光召、何祚庥、唐孝威、黄祖洽、胡仁宇、蒲富恪等。
中华人民共和国建国后23位“两弹一星”功勋奖章获得者中，有许多曾是他的学生，因而有人称他“大师的大师”。“两弹一星”功臣中的23位功勋科学家，有9位是叶企孙的弟子。
叶企孙对开拓、促进中国物理学及整个自然科学的发展、培育科学技术人材作出了不可磨灭的贡献，他得天下英才而育之，所提倡的教育思想结出了丰硕的果实。（清华大学评）
叶企孙先生是现代中国科教兴国的先驱者。（李政道评）
叶先生一辈子大公无私，从不为个人考虑。他终身不娶，视学生如儿女，对所有青年的关系都非常亲切。他不仅向学生传授知识，而且以身作则，以实际行动影响了大批科学工作者，团结大家，协力做好工作，我们怀念他，他的朋友和学生们自愿捐款设立这个奖。我们都不是有钱的人，这笔奖金的钱很菲薄，但是，它代表一种心意，是一种很高尚的精神力量，可以鼓励青年学生奋发上进。我们要把叶先生那种伟大的人格、真正为国为民的品德继承下来。（钱伟长评）
叶企孙先生为中国物理学研究与理科教育、科学事业和教育事业的发展，作出了突出的贡献。叶企孙对国家突出的贡献，尤其表现在两弹一星方面。（中国科学院院长周光召评）
