1936年1月生於美國密歇根州安阿伯城，三個月後隨父母回中國，祖籍為山東省日照(父親出生於日照，母親出生於海陽)。早年在中國上學，其父山東大學畢業生，曾在山東大學任教。
1949年丁肇中隨其父去臺灣省，1956年去美國。
1994年被聘為山東大學名譽教授。
1959年密歇根大學畢業。
1960年、1962年先後獲理學碩士和博士學位。1978年獲榮譽理學博士學位。
1963年由福特基金資助在日內瓦的歐洲核研究中心工作。1964－1967年在哥倫比亞大學任教。
1966年在聯邦德國漢堡任德國電子同步加速器小組負責人（他後來發現J粒子用的新探測術是在漢堡試驗成功的）。
1967至1969年任美國馬薩諸塞理工學院物理系副教授、教授。
1977年起任托馬斯·達德利·卡伯特講座教授。。1970年任美國物理協會粒子和場研究項目顧問，並任《核物理通報》副主編。
1974年他與美國加州斯坦福大學教授裏希特幾乎同時發現新的基本粒子－J粒子（這種粒子的壽命等於其它任何粒子的壹千倍），即第4種誇克的束縛態，因而同獲1976年諾貝爾物理學獎和美國政府的勞倫斯獎。
1978年成為美國國家科學院院士，以及美國藝術科學學會會員。除在麻省理工學院工作外，主要還在歐洲核研究中心和德國電子同步加速器中心（在漢堡）工作。
1975年以來多次應邀來中國訪問並進行學術交流，受聘為山東大學、中國科技大學名譽教授。1977年秋，在訪華期間，向鄧小平同誌建議中國科學院派遣物理學家參加他在德國漢堡進行的MARK－J實驗。
1978年1月，中國10位物理學家到漢堡，參加了MARD－J實驗的國際合作。此後先後有壹百多名中國物理學家和研究生到他領導的實驗組工作和學習。在他的領導和幫助下，中國科學家在L3探測器的設計、制造和數據分析中都發揮了重要的作用，在國際高能物理實驗中占有壹席之地。
1992年7月4日被中國科技大學授予名譽博士學位。
1994年6月被選為中國科學院首批外籍院士。
獲1996年度中國國際科學技術合作獎