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。