1912年4月5日，袁家骝出生于河南省安阳市洹上村。
1925年，同母亲、妹妹一起迁到天津居住，进入天津南开中学学习，后转入英国伦敦教会开办的天津新学书院。
1928年，考入天津工商大学工学院。
1930年，转入燕京大学物理系三年级插班就读，师从谢玉铭。
1932年，从燕京大学毕业，获得学士学位。
1934年，获得燕京大学硕士学位；毕业后在六叔袁克桓任董事长的开滦煤矿从事企业管理工作。
1936年夏，前往美国求学。
1940年，获美国加利福尼亚理工学院博士学位。
袁家骝1940年—1942年，任加州理工学院物理研究员。
1942年—1947年，任美国无线电公司实验室研究物理学家。
1947年—1978年，先后任布鲁克海文国家实验室助理物理学家、物理学家、高级物理学家。
1947年—1949年，任美国普林斯顿大学研究员。
1954年，加入美国国籍。
1972年—1973年，任法国萨克瑞核研究中心和瑞士日内瓦欧洲核子研究中心访问教授。
1979年，从布鲁克海文国家实验室退休，后任苏联雪普霍夫高能物理研究所访问教授。
1982年，任法国巴黎大学访问教授。
1983年，任中国台湾同步辐射研究中心指导委员会主席。
2003年2月11日，在北京协和医院逝世，享年91岁。
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