1946年 - 1951年，在清華大學先修班、物理系物理專業學習。
1951年，從清華大學畢業后轉入北京大學研究院學習。
1952年，加入中國共產黨。
1954年，從北京大學理論物理研究生畢業后留校任教，擔任北京大學物理系講師。
1957年 - 1960年，擔任蘇聯杜布納聯合核子研究所中級研究員。
1961年 - 1964年，擔任核工業部核武器研究院理論部副主任，核武器理論研究所副所長、所長，核工業部九局總工程師，第二機械工業部九院研究所所長。
1979年，擔任中國科學院理論物理研究所研究員。
1980年，當選為中國科學院學部委員（院士）。
1982年，擔任中國科學院理論物理研究所副所長、所長。
1984年，擔任中國科學院副院長。
1985年07月，當選為第三世界科學院院士。
1987年04月，當選為美國國家科學院外籍院士。
1987年，擔任中國科學院院長、黨組書記。
1990年10月，當選為歐洲科學院外籍院士。
1992年04月，當選為中國科學院學部主席團執行主席。
1993年08月，當選為國際純粹與應用物理聯合會副主席。
1994年11月，當選為俄羅斯科學院外籍院士。
1996年05月，當選為第五屆中國科學技術協會主席。
1996年06月，在第八次院士大會上當選為中國科學院學部主席團執行主席。
1998年03月 - 2003年03月，擔任第九屆全國人大常委會副委員長。
2001年06月，當選為第六屆中國科學技術協會主席。
2006年05月，擔任中國科學技術協會名譽主席職務。
1958年，在國際上首先提出粒子的螺旋態振幅，并建立相應的數學方法。
1980年，當選為中國科學院學部委員（院士）。
1985年07月，當選為第三世界科學院院士。
1987年04月，當選為美國國家科學院外籍院士。
1994年11月，當選為俄羅斯科學院外籍院士。
1996年，國際小行星命名中心將編號為3462的小行星命名為“周光召星”。
1999年，榮獲“兩彈一星功勛獎章”。
2022年，榮獲“中國物理學會終身貢獻獎”。
1964年，榮獲“國家自然科學獎一等獎”。
1982年，項目《兩彈理論設計定型及核武器研究試驗》榮獲“國家自然科學獎一等獎”。
1985年，榮獲“國家科技進步獎特等獎”。
1987年，項目《量子場論大范圍性質的研究》榮獲“中國科學院重大科技成果獎一等獎”。
1989年，榮獲“國家自然科學獎二等獎”。
2000年，項目《統一描述平衡與非平衡體系的格林函數理論研究》榮獲“國家自然科學獎二等獎”。
