1978年—1983年，就读于江西医学院（现南昌大学江西医学院）本科，毕业并获得学士学位。
1983年—1985年，就读于上海第一医学院（现复旦大学上海医学院）硕士研究生，导师是张安中教授 。
1985年—1991年，就读于美国加州大学旧金山分校神经科学专业博士研究生，师从美国科学院院士Y. N. Jan和L. Y. Jan教授做博士论文研究，用遗传学和分子生物学手段，研究果蝇神经发育的分子机理，毕业并获得博士学位 。
1991年—1994年，在哈佛大学生物化学与分子生物学系从事博士后研究工作，随美国科学院士D. A. Melton教授研究脊椎动物神经诱导的分子机理。
1994年—2004年，任教于圣路易斯华盛顿大学解剖和神经生物学系。
2002年—2005年，担任中国科学院上海交叉学科研究中心共同主任。
2004年，担任美国西北大学医学院神经科教授、（美国）西北大学神经科学研究所副所长。
2004年，担任中国北京生命科学研究所资深研究员、学术副所长。（北京生命科学研究所学术副所长任期截至2009年）。
2006年，担任美国西北大学Feinberg医学院Feinberg临床神经科学研究所研究主任；同年，担任西北大学神经内科学Elsa Swanson讲席教授。
2007年—2013年9月，担任北京大学生命科学学院院长。
2011年，参与组建清华大学-北京大学生命科学联合中心，并担任创始主任；同年，入选中国科学院院士初选名单，最终未能当选，之后饶毅宣布之后不再参选院士，并暗示院士增选“对有海外做教授经历的是全面打压” 。
2012年，组建北京大学-IDG/麦戈文脑科学研究院，并担任创始所长；12月，因致信《自然》要求向叶诗文道歉，饶毅成为2012年中国科学年度新闻人物19号候选人 。
2013年9月3日，卸任北京大学生命科学学院院长 。
2016年4月，出任北京大学理学部主任。
2018年，组建北京脑科学与类脑研究中心，并担任创始主任。
2018年11月9日，饶毅作为共同发起人发起设立了“科学探索奖” 。
2019年6月，出任首都医科大学校长。
2020年5月30日，发起成立科学和医学公共传播基石奖 。
父亲饶伟华 在南昌完成医学学业，在上海完成研究生教育（1962年入上海第一医学院读研究生 ）；1960年代下乡；1972年，返回南昌工作。在南昌建立了全省第一个、全国较早的ICU之一；建立分子医学研究所，是中国最早的一批分子医学研究所。
叔叔于1970年代到旧金山，药剂师，2020年5月因感染新冠病毒去世，享年74岁。
饶毅放弃美国国籍归国，其象征意义堪比当年钱学森的回归。 （李泓冰评）
饶毅是忧国忧民的科学大家，光明磊落的正人君子，犀利耿直的现代鲁迅，我行我素的半老顽童，注定将留下重要影响 。（施一公评）
饶毅的说就是做 。（北京大学原常务副校长韩启德评）
饶毅说得多做得也多 。（北京大学邓宏魁教授评）
他是享有国际盛誉的神经生物学家，是北京大学教授；对饱受诟病的中国科研体制，他一直保持冷静关注，也是一个经常提出批评建议的建设者。《北京大学校报》评论他是最有趣的科学家、坚定的改革者。
无论按比较宽泛、还是狭义的 “知识分子”定义，我恐怕都逃不脱“知识分子”的标记。我和我的朋友们应该是中国的“科学知识分子”（intellectual scientists或scientific intellectuals）。
张昌绍是放弃国外工作回到苦难深重的中国的“爱国科学家”，像我这种在中国和平时代回到中国的，绝不能称为“爱国科学家”。
我一再否定自己是屠呦呦得诺贝尔奖的推手。我和北医的老师带研究生研究青蒿素和抗疟药的科学发现历史，这是科学史研究项目，我现在可以认为业余工作可以让我成为历史学家。我们是以科学和历史的态度来研究有趣而且有意义的问题。
《仁者寿：杨振宁先生》
《仁者寿：杨振宁先生》，载清华大学高等研究院主编《杨振宁先生百年华诞文集》；