1907年10月15日，赵九章出生于河南省开封市，籍贯浙江吴兴（现浙江湖州）。
1912年，开始在家塾认字念书。
1918年8月，入开封北仓小学读书。
1921年7月，小学毕业；8月，到上海证券物品交易所做学徒。
1922年9月，以第一名的成绩考入河南留学欧美预备学校，开始接触新文化。
1924年，经老师王志刚介绍，加入国民党（左派）。
1925年9月，到杭州考入浙江公立工业专科学校（浙江大学前身）电机系。
1927年1月21日，父亲在开封去世，20天后母亲也去世，当即回开封奔丧；同年年底，经胡公达介绍，加入中国共产主义青年团。
1928年3月底，在杭州被捕入狱；6月底，由姨父戴季陶保释出狱并负责管理；9月，在南京考试院院长戴季陶办公处任秘书。
1929年8月，考入国立清华大学物理系。
1933年8月，大学毕业，留校任国立清华大学物理系助教；9月，在杭州与吴岫霞举行婚礼。
1934年，参加清华大学“庚子赔款”出国留学考试，被录取；10月，到南京中央研究院气象研究所，在竺可桢指导下实习，做论文《中国东部空气团之分析》。
1935年7月，赴德国柏林大学学习，师从气象学家费克和德芬特教授，攻读动力气象学、高空气象学和动力海洋学。
1936年6月—9月，随戴季陶在欧洲考察。
1937年，完成论文《信风带主流间的热力学》；同年，在《气象》上发表论文《理论气象学之研究与天气预报》。
1938年8月，完成博士学位论文《关于湍流风落分布参量的确定》，获博士学位回国；10月，任国立西南联合大学理学院地质地理气象学系和航空工程系副教授，两年后任教授。同时在国立清华大学航空工程研究所做兼职研究员，开展航空气象研究；11月，与李宪之共同筹备高空气象站。
1940年8月6日，任中央研究院第二届评议会评议员；同年，发表论文《风流的不稳定性理论》。
1941年，经王信中、姚从吾介绍，再次加入国民党；3月，兼任中央研究院气象研究所研究员。
1944年，到中央研究院后未登记而自动退出国民党。
1942年，发表论文《交换作用导致冷热气团的退化》《讨论摩擦层中风随高度变化的规律》。
1943年，完成论文《摩擦层中风的日变化随高度变化的理论》。
1944年1月，由竺可桢推荐，任中央研究院气象研究所代理所长；4月，由昆明迁去重庆北碚上任；5月5日，经中央研究院学术审议会审议，论文《东亚之大气涡旋》荣列中央研究院自然科学类第二奖；8月，主持气象研究所编辑出版《中国气象资料·温度篇》《中国气象资料·云雾编》《中国气象资料·日照云雾编》及各种气候图志；9月，完成并发表论文《非恒态吹流之理论》；11月2日，赴渝出席中央研究院派遣出国人员审查会。
1945年1月5日，召开气象研究所1945年第一次学术讨论会并在会上做学术报告；5月15日，在气象研究所第五次学术讨论会上做题为“大气扰动方程”的学术报告；12月14日，竺可桢致函吕炯与赵九章：国际气象学会定于1946年2月25日在伦敦开会，中央研究院已由朱家骅院长嘱萨本栋通知赵九章，请竺可桢与赵九章、吕炯赴英出席。同年，主持“东亚大型涡旋运动”“北半球活动中心气压梯度之分析”“北半球环流强度与天气之关系”“1933—1936年冬季东亚气压主波之初步分析”“中国气团之分析”等研究课题，并完成论文《半永久性活动中心的形成与水平力管场之关系》《活动势力中心之形成与水平力管场之关系》《极面波动之研究》《水汽蒸发公式》《推后气压场与气压预告》《大型涡旋运动与远东天气》等。
1946年1月1日，国民政府公布获“胜利勋章”公务员名单，中央研究院共95人榜上有名，赵九章名列其中；1月9日，中央研究院会同教育部、中央气象局商定，派赵九章及气象研究所研究员兼中央气象局顾问涂长望出席本年2月25日在伦敦召开的国际气象会议；1月14日，赴英国出席在伦敦召开的国际气象会议，在英期间赴瑞典讲学；2月25日，在国际气象会议上当选为国际气象委员会出版及文献委员会委员；3月，应邀赴美国访问讲学，访问芝加哥大学等地；12月，回国。同年，提出“行星波（长波）不稳定”概念，引起国际气象学家的重视。组织绘制1945年1—12月雨量、湿度图13幅，以及四季气旋频率图4幅，为水利委员会整理统计全国各地的雨量及温度记录，绘制全年及各月雨量及温度图，为粮食部抄送全国各地的雨量数据。
1947年1月，被任命为中央研究院气象研究所所长，兼任国立中央大学气象系教授，主讲动力气象学。年初计划并推动中央研究院气象研究所研究方向向整个地球物理学扩展。在该年度第一次院务会议上提出物理研究所地磁台划归气象研究所议案，经批准后，气象研究所接收物理研究所地磁部分。议案提出邀请在美国的傅承义到气象研究所工作。与顾震潮一起完成论文《蒸发方程及其新解》。
1948年2月5日，出席中央研究院1948年第一次院务会议；3月6日，在国立中央大学气象研究所举行的学术讨论会上做题为“三度空间之旋风波动论”的学术报告。随后又做过两次报告；6月17日，出席气象学会理事会；12月9日，在上级催促下，中央研究院临时院务会议决定，南京各所处的主要图书、仪器、文卷先集中到上海。气象研究所于12月下旬将各项资料、图书、仪器、档案等分装213箱迁运上海。员工、家属于12月下旬抵达上海。办公家具及气象台观测仪器仍留南京，留5人在南京维持日常气象观测工作。
1949年4月13日，在气象研究所本年度第七次学术讨论会上做题为“中纬度带状大气环流之稳定度”的学术报告；5月，常与竺可桢商议气象研究所拒迁台湾之事；6月，当选为南京市人民代表大会代表和江苏省政协委员；7月5日，随竺可桢等27位代表赴北平参加全国自然科学者代表大会筹备会，27日返回南京；7月19日，在北平参加气象界人士座谈会，讨论新中国的气象工作；8月15日—9月13日6次列席中央研究院沪区院务委员会会议；9月，气象研究所由上海迁回南京；9月28日，主持气象研究所复员返宁后第一次所务会议，并做报告，按照军事代表徐平羽对本院的指示，本所必须于10月1日开始工作；10月7日，南京军事管制委员会高教处通知成立中央研究院院务委员会，陶孟和为主任委员，赵九章等14人为院务委员会委员；10月10日，参加中央研究院院务委员会1949年第一次会议，为欢迎苏联文化代表团，要求各所搜集出版物，以备赠送；10月13日，丁瓒拟订中国科学院科学工作委员会名单报送陆定一。赵九章为地球物理方面的委员之一。年底绘制出我国第一幅北半球天气图。与陶诗言一起完成《大气环流的统计研究》。
1950年1月26日，参加由中国科学院副院长竺可桢主持召开的关于成立地球物理研究所的会议；4月6日，中国科学院地球物理研究所成立，被中央人民政府任命为中国科学院地球物理研究所所长，周恩来总理5月19日签发任命通知书，5月20日政务院发布命令；4月29日，主持中国科学院地球物理研究所临时所务会议第一次会议，并报告华东军区派员前来接洽本所与气象处合作事宜的情况；5月3日，在地球物理研究所第一次全体会议上报告有关中国科学院接收情况，包括以气象研究所为基础扩展为地球物理研究所的决定，以及与有关单位合作问题；5月13日，在地球物理研究所全体员工大会上做报告；5月，向中国科学院第一次扩大院务会议提出13条建议，例如，华东各研究单位业务事业经费最好在5月前拨汇，以便制订计划；将地球物理工作渐次归并中国科学院地球物理研究所统一筹划等；6月7日，与陈宗器赴北京出席中国科学院扩大院务会议，7月8日返宁；6月24日，在中国科学院第一次扩大院务会议上代表地学组做小组讨论总结报告；6月25日，参加军委气象局与地球物理研究所成立的联合天气分析预报中心及联合气候资料中心的协议签字会议，与涂长望分别在协议上签字；8月14日，赴京出席全国自然科学工作者代表大会，8月24日返宁；10月10日，与陈宗器副所长赴京向中国科学院请示地球物理研究所气象组迁京办公事宜，11月4日返宁；10月18日，参加中国科学院行政工作会议，报告地球物理研究所气象组迁京事宜。提出为适应国家需要，履行1950年6月与军委气象局签订的协议，地球物理研究所气象组的天气预报与资料室先行迁京，并在京设地球物理研究所工作站。经批准地球物理研究所北京工作站（在北魏胡同）于12月正式成立；10月25日，参加中国科学院院务汇报会；12月，地球物理研究所接管上海徐家汇和佘山观象台的地震与地磁部分。该年度在南京带领地球物理研究所和军委气象局的科研人员，着手水银气压表研制工作。成功后，把整套技术和设备交由军委气象局的仪器修造室试制和生产。发表论文《纬向环流的稳定性》。
1951年1月19日，赵九章、陈宗器、顾功叙致函李四光、竺可桢，请示有关地质调查研究所地球物理部分转移至地球物理研究所后一些问题的处理意见；3月，由潘菽介绍加入九三学社，后任九三学社第五届中央委员会常务委员。发表《中国气象学研究工作的回顾与前瞻》。12月17日，到汉口集中参加中央组织的土地改革工作团，学习土地改革政策，随后到广西柳州沙塘参加土地改革工作，约4个月。
1952年，组建海浪研究组。与吕炯一起安排农业气象研究工作；与紫金山天文台联合成立佘山工作站；8月25日被中国科学院评定为一级研究员。
1953年1月19日，出席中国科学院本年度第五次院务常务会议，会议讨论通过中国科学院1953年工作计划；2月24日，参加中国科学院访苏代表团赴莫斯科，先后参观访问莫斯科、列宁格勒、基辅和塔什干4个城市的有关地球物理研究机构。代表团的主要任务是了解和学习苏联如何组织与领导科学研究工作，特别是十月革命以后苏联科学院如何从旧有基础上发展和壮大的经验，以及了解苏联科学院的现状及其发展方向。考察访问三个多月；3月，在《科学通报》上发表《中国的地球物理学》；7月3日，应邀出席中国科学院召开的气象学座谈会；9月12日，列席中国科学院本年度第三十次院务常务会议，汇报了关于地球物理研究所与气象局合作的经过，并提出修订合作办法的建议。会议原则通过该修订办法；11月21日，列席中国科学院本年度第三十九次院务常务会议。会议决定，原拟订的《关于成立中国科学院地震工作委员会办法（草案）》由计划局与赵九章负责重新修订，再提交院务常务会议讨论决定；11月28日，中国科学院地震工作委员会成立，赵九章任委员兼秘书，主持日常业务工作。在《科学通报》1953年9月号上发表《访问苏联地球物理研究机构的报告》。与华北农业科学研究所合作建立农业气象组。
1954年3月27日，列席中国科学院本年度第十三次院务常务会议，听取并讨论西藏工作队的报告。下半年位于北京中关村的实验楼建成，组织全所迁京。组织无线电气球探空仪的研制工作。组织研制成海浪观测仪、波谱分析仪，研究根据海浪预报台风。根据国家监测核爆炸的需要，组织开展大气光学研究。与武汉大学合作，开展臭氧和气辉的观测。
1955年6月1—10日，参加中国科学院学部成立大会，被聘为中国科学院生物学地学部学部委员（后改称院士）；6月11日，中国科学院生物学地学部召开本年度第一次常务委员会扩大会议，会议讨论决定由黄汲清、赵九章、张文佑负责筹划、组织地震研究工作；6月30日，中国科学院本年度第二十九次院务常务会议讨论通过中国科学院国际地球物理年委员会委员名单，其中竺可桢为主任委员，赵九章为副主任委员；10月25日，被聘为中国科学院海洋生物研究室学术委员会委员。安排顾震潮开展数值天气预报工作。
1956年2月11日，在中国科学院本年度第七次常务会上报告地球物理研究所远景计划；2月17日，参加生物学地学小组讨论《十二年科学技术发展远景规划》编制工作，后被聘为国务院科学规划委员会气象组组长，主持制定全国气象领域和地球物理部分的规划；9月20日，出席中国科学院生物学地学部本年度第十一次常务委员扩大会议，讨论新建机构的筹建、科学奖金等问题；10月23日，致函中国科学院生物学地学部，提出筹建中国科学院武汉地球物理研究室方案。
1957年2月5—9日，出席中国地球物理学会第一次代表大会暨中国科学院地球物理研究所学术委员会成立大会；2月25日—3月2日，以国际地球物理年中国委员会副主任委员、中国代表团团长身份出席在日本东京召开的国际地球物理年的西太平洋区域会议，会议协商调整西太平洋地区各国际地球物理年参加国的科学计划；4月，指导我国首批副博士（硕士）研究生对“近地层大气湍流”等的研究；5月23—30日，出席中国科学院学部委员第二次全体会议；7月24日，被聘请为国务院科学规划委员会海洋组组长；10月4日，苏联发射世界上第一颗人造地球卫星，13日参加中国科学院召开的座谈会，发表讲话，提出我国开展人造卫星研究的建议。
1958年5月27日，苏联科学院应用地球物理研究所所长费德洛夫来函告知大气环流会议定在该年8月26—30日召开，问中方是否派人参加。赵九章于6月14日回函表示可以参加；6月21日，致信麦德维捷夫（苏联），告知6月14日的来信和《地震建筑规范》已经收到，对培养研究生表示感谢，并对麦德维捷夫该年第四季度来华指导工作表示欢迎；8月，与涂长望赴黄山考察云雾观测，并支持顾震潮、周秀骥等开展云雾物理研究和人工影响天气研究，我国的云雾物理研究从此展开；8月，中国科学院成立“581”组，赵九章任副组长，并主持技术组多次开会，研讨我国搞卫星与探空火箭的问题，并汇总提出技术方案设想；9月23日，致函苏联科学院院士、苏联科学院应用地球物理研究所所长费德洛夫，告知原定10月中旬召开的两所学术讨论会，建议改为1957年在华召开两年联合学术讨论会；9月，中国科学技术大学成立，赵九章兼任地球物理系主任；10月15日—12月28日，率中国科学院高空大气物理代表团访苏，同行的有卫一清、钱骥、杨嘉墀、杨树智等。
1959年1月，当选为中华人民共和国第二届全国人民代表大会代表；2月21日，经国务院科学规划委员会海洋组、气象组批准，在气象组下成立云雾物理专业组，赵九章任组长；3月，与蒋南翔联合向国务院提出恢复研究生培养制度的建议；4月16日，参加由毛泽东主席召集的第十六次最高国务会议；5月3日，参加在国防部五院召开的“和平一号”（地球物理火箭）技术方案问题会议；8月，发表《中国地球物理学十年来的进展》；10月，组织研制气象火箭探测系统，开展大气温度、气压、辐射等探空仪器、遥测仪器和跟踪定位系统的研制；12月，开始组建磁暴理论研究组，亲自主持研究。
1960年，主持气象卫星对大气科学发展影响方面的基础研究和星载探测仪器的预研工作。研制我国第一台多次反射式长光路吸收池；12月下旬，前往安徽广德603基地参观考察，12月28日T7火箭发射试验成功。
1961年4月，参加中国科学技术协会1961年全国工作会议；7月7日，在中国科学院举办的星际航行座谈会第二次会议上，就“地球高层大气及外空间的几个问题”发言；11月7日，参加国家科学技术委员会专业组组长会议，讨论1963—1969年技术科学发展规划；12月4日，正式成立中层大气研究室，赵九章兼主任。
1962年3月2日，参加在广州召开的全国科技工作者会议；4月12日—5月2日，率钱骥、史长捷参加在意大利米兰召开的宇宙空间研究会议，会后到瑞士参观，并到苏联参观五一节红场阅兵式，参观苏联宇宙航行馆展出的宇宙火箭、星际航空站及探测仪器等；10月12日，致函张劲夫、郁文，建议中国科学技术大学开办研究生院；与徐荣栏共同署名发表论文《地磁扰动期间史笃默捕获区的变化》。
1963年5月31日，致信中国科学技术大学副校长武汝扬，建议在地球物理系内试办研究生班；6月3—10日，受波兰科学院的邀请，与蔡翘、钱骥、杨南生、李一氓等作为观察员，赴华沙参加国际空间研究委员会第四次学术讨论会；7月，中国科学院成立星际航行委员会，由竺可桢、裴丽生、钱学森、赵九章、谷羽等组成；9月，瑞典皇家科学院院士阿尔文应邀到我国访问讲学，并同中国科学院地球物理研究所磁暴组成员进行学术交流；11月，在《科学通报》上发表题为“利用模拟实验和带电粒子的运动理论”的论文；发表论文《太阳风、外空磁场及低能带电粒子探测进展》《带电粒子在偶极磁场中的运动区域及其模型实验》。
1964年4月19日、5月17日，两次主持火箭测风成果鉴定会，叶笃正、周秀骥等参加；10月16日，组织人员（孙超等）参加我国第一颗原子弹爆炸试验；10月下旬，应邀到基地参观导弹发射，并就运载工具发展前景及发射卫星的可能性开座谈会；11月，当选为中华人民共和国第三届全国人民代表大会常务委员会委员；12月27日，呈信周恩来总理，建议将我国人造卫星研制列入国家计划，争取在中华人民共和国成立20周年前发射我国第一颗人造卫星；同年，与都亨共同署名发表论文《带电粒子穿入地磁场的一种机制（一）》，发表论文《磁场中带电粒子运动的允许区域》。
1965年1月6日，与吕强联合向中国科学院党组提交书面建议，希望加快人造卫星研制工作；3月11日，参加中国科学院副秘书长秦力生召集的人造卫星规划座谈会；4月10日，参加国防科委副主任罗舜初召集的人造卫星规划方案讨论会，参加人员有张劲夫、张震寰、钱学森等；4月22日，找数学家关肇直商量卫星轨道问题，随后组织数学研究所、计算技术研究所、紫金山天文台等开展对卫星轨道的研究和计算；5月12日，出发前往瑞典，应瑞典皇家科学院邀请访问讲学。6月8日到巴黎，在法国考察。6月16日到瑞士，6月下旬返京；5月，由赵九章主编的《高空大气物理学》（上册）由科学出版社出版；7月6日，去上海，持张劲夫致上海市委的信，请求支援技术工人；8月6日，参加第三届全国人民代表大会常务委员会第十四次扩大会议；10月20日—11月30日参加人造卫星规划方案论证会，在会上做关于卫星总体方案的报告；10月25日，经中国人民政治协商会议全国委员会常务委员会第三次会议决定，担任孙中山诞辰百年纪念筹备委员会委员。发表论文《辐射带结构的理论研究和实验模拟以及在磁暴时的变化》。
1966年1月4日，参加《地球物理学报》编委会，审查第15卷第1期学报稿；1月6日，到西安出差，考察了解“112”工地建设情况；1月25日，中国科学院卫星设计院（代号为651设计院，公开名称为“科学仪器设计院”）成立，任院长；1月31日，中国科学院应用地球物理研究所成立，兼任所长；3月9日，参加太阳活动峰值年电离层及太阳物理研究工作会议；5月5—15日，参加我国人造卫星系列规划设想讨论会，主持制订我国人造卫星系列规划设想方案；5月19日，参加卫星系列规划准备会；6月“文化大革命”开始，不断受到冲击。
1968年10月26日，去世。
1978年，经党中央批准，得到平反昭雪；3月16日，在北京八宝山革命公墓举行赵九章骨灰安放仪式。
1985年，主持的研究因在我国卫星事业的开创奠基工作中做出重要贡献荣获国家科学技术进步奖特等奖。
1990年，设立“赵九章优秀中青年科学工作奖”，后更名为“赵九章优秀中青年科学奖”。
1997年12月17日，赵九章铜像揭幕仪式在北京举行，铜像安放在空间中心科研楼大厅里。
1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委追授赵九章“两弹一星”功勋奖章。
科研综述
赵九章在气团分析、信风带热力学、大气长波斜压不稳定、大气准定常活动中心、有关带电粒子和外层空间磁场的物理机制等方面的研究成果是奠基性的。先后创立了不少地球科学研究机构，并开辟了许多新研究领域，如气球探空、臭氧观测、海浪观测、云雾物理观测、探空火箭和人造地球卫星等。
学术著作
赵九章. 1937. 理论气象学之研究与天气预报. 气象学报，（10）：605- 621.
赵九章. 1944. 非恒态吹流之理论. 气象学报，18（1-4）：171-176.
赵九章. 1947. 活动中心之形成与力管场之关系. 气象杂志，19（1-4）：1-13.
赵九章. 1948. 区域性的扰动所产生的波散现象. 科学.
赵九章. 1949. 中纬度带状大气环流之稳定度. 气象学报，20：1-4.
赵九章. 1951. 中国气象学研究工作的回顾与前瞻. 气象学报，22（1）：11-14.
赵九章. 1954. 总路线与地球物理研究所的工作. 科学通报，（8）：37-39.
赵九章. 1956. 地球物理学中的几个科学问题. 北京：科学普及出版社.
赵九章. 1957. 国际地球物理年东京西太平洋区域会议. 科学通报，（10）：312-313.
赵九章. 1957. 苏联的人造卫星是在宇宙空间升起的一颗福星. 科学通报，（21）：657-659.
赵九章. 1957. 中国地球物理学会第一次会员代表大会开幕词. 地球物理学报，（1）：1-8.
赵九章. 1959. 十年来中国气象学研究的进展. 气象学报，（3）：206-211.
赵九章. 1960. 国际地球物理学的动态及其展望. 科学通报，（8）：242-246.
赵九章. 1962. 悼念涂长望同志. 气象学报，（3）：195-198.
赵九章. 1963. 太阳风、外空磁场及低能带电粒子探测进展. 科学通报，11：9.
赵九章. 1965. 高空大气物理学（上册）. 北京：科学出版社.
赵九章. 2009. 关于发射人造卫星致周恩来总理的一封信. 物理教学，31（6）：6-7.
赵九章，陶诗言. 1949. 大气环流的统计研究. 气象学报，20：5-13.
赵九章，徐荣栏，周国成. 1962. 带电粒子在偶极磁场中的运动区域及其模拟实验. 科学通报，11：56.
徐荣栏，赵九章. 1962. 地磁扰动期间史笃默捕获区的变化. 地球物理学报，1：12-21.
都亨，赵九章. 1964. 带电粒子穿入地磁场的一种机制（一）. 地球物理学报，3：201-210.
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1955年 中国科学院学部委员（院士） 中华人民共和国国务院
1999年9月18日 两弹一星功勋奖章（追授）
赵九章对大气科学、地球物理学和空间科学的发展作出了重要贡献，是倡导和开拓中国地球科学数学物理化和新技术化的先驱。他培养了一大批优秀的科学家，对中国地球科学的发展产生了深远的影响。（中国科学院评）
赵九章先生忠诚祖国，为了国家的强盛，高度重视教育事业，关注科技前沿发展，培养了大批年轻人才，为我们树立了重才善教、致力创新的光辉典范，他的科技和教育思想更是值得认真总结、学习和发扬光大。（清华大学校长顾秉林院士评）
他（赵九章）是一位气象学大师，在中国是他首先把数学、物理学引入气象领域，他是中国现代气象学奠基人之一；是他首先在中国开展海浪学研究。（中国科学院空间科学与应用研究中心原书记、赵九章先生秘书吴智诚研究员评）
赵九章在好几种学科上都有建树，在科技领域他是一位难得的帅才。（原清华大学副校长张维院士1997年评）
