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。
叶企孙曾任中国物理学会第一、二届副会长，1936年起任会长。
1941年9月－1943年8 月，中央研究院总干事。
1949年3月－1949年11月，国立清华大学物理系主任。
1945年8月－1946年8月，国立清华大学物理系主任。
1945年8月，国立西南联合大学理学院院长。
1945年11月，由西南联大常委会议决，暂代该校常委职务。
1949年5月，任清华大学校务委员会主席。
1950年校务委员会改组，叶企孙任主任委员。
1952年，院系调整后调到北京大学物理系任教，并任北大校务委员会委员。
1952年10月，北京大学，物理系，校务委员会委、《北京大学学报》编委。
1954年，兼任中国科学院自然科学史研究委员会副主任委员。
1955年任北京大学物理系金属物理及磁学教研室主任。同年，当选为中国科学院数理化学部委员、常委委员。
1957年1月，中国科学院自然科学史研究室成立，任兼职研究员。
1959年4月，出席第二届全国人民代表大会。
1964年4月，出席第三届全国人民代表大会。
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）
亲属成员
曾祖父：蔼臣公，曾于清朝道光年间为官，晚年精修礼学，分纂《同治上海县志》。
祖父：叶佳镇，曾得国子监簿街，官至五品。
父亲：叶景澐（字醴文，号云水，1856年－1936年）是1884年甲午江南乡试第15名举人，曾任上海敬业学校校长，1914年任北京清华学校国文教员，讲授国学。
母亲：叶企孙七岁时， 顾氏（1856－1905） 病逝。
侄儿：叶铭汉，中国工程院院士。
1987年2月26日，《人民日报》发表文章《深切怀念叶企孙教授》。
1990年，清华大学物理系校友在清华设立“叶企孙奖”。
1992年，包括王淦昌、王大珩、吴健雄等在内的127名海内外著名学者联名向清华大学呼吁为叶企孙建立铜像，联名者平均年龄高达72岁。
1993年，清华校庆特在科学馆举办叶企孙生平照片及手迹展，参观者无不震惊钦佩。
1995年，叶企孙铜像在清华大学第三教学楼门厅内揭幕。
1998年，叶企孙百岁诞辰恰逢他中学的母校上海市敬业中学建校250周年，学校隆重举行纪念大会，李政道专程赶来讲话，对叶企孙荐才留学的感激之情溢于言表。
2000年，中国物理学会为纪念胡刚复等五位物理学界前辈，设立了胡刚复、饶毓泰、叶企孙（叶企荪）、吴有训、王淦昌物理学奖，其中叶企孙物理奖授予凝聚态物理方面有突出成就的物理学家。
2001年，叶企孙的传记《中国科技的基石》问世，至此这位中国当代科技的奠基人。
2010年9月1日，北京东直门中学成立叶企孙科技实验班。
2013年5月22日，上海福寿园叶企孙的葬礼在此举行，当天，叶企孙纪念像也在福寿园海港陵园揭幕。由叶铭汉、戴念祖、李艳平主编，李政道作序的《叶企孙文存》也在仪式上首发。 《叶企孙文存（增订本）》