1918年11月15日生于河北省徐水縣大營村的一個書香門第家庭。

抗戰初期，師昌緒又進入流亡中成立的冀綏平津聯合中學（后改名為國立第一中學），積極參加學生抗日活動。

1941年高中畢業，師昌緒認為中國要強盛，就必須有自己的鋼鐵工業。

1941年考入國立西北工學院礦冶系。

1945年畢業后，做為全班第一名，他被推薦到資源委員會四川綦江電化冶煉廠從事煉銅工作。

1947年，調到鞍山鋼鐵公司。

1948年，利用1946年考取的出國資格，赴美留學。

1949年，在密蘇里大學礦冶學院獲碩士學位。

1949年，新中國的成立，使他倍受鼓舞，那時他曾準備應北洋大學的聘請回國任教。

1950年進入圣母（Notre Dame）大學任研究助教，同時攻讀博士學位。中華人民共和國建立后，北洋大學聘他回國任教。因正值抗美援朝戰爭時期，美國政府禁止中國留學生回國，師昌緒只好進入麻省理工學院，在著名金屬學家M.科恩（Morris Cohen）教授指導下從事研究工作。

1952年，由于抗美援朝，美國不許留美中國學生回國，他不得不受聘于麻省理工學院冶金系從事合金鋼及其相關的研究。與此同時，他還和一批留美的愛國科學家同美國當局不屈不撓地斗爭了三年。最后他們聯名給周恩來總理寫信，表達他們迫切要求回國的強烈愿望，這封信由他送往印度駐美大使館轉交國內。

1954年，日內瓦會議期間，中國政府據此向美國提出無理扣留中國留學生的抗議，迫使美國同意他們回國，接著是中美大使級會談，為中國留美學生自由回國打開了大門。50年代，他曾先后被選為沈陽市政協委員、遼寧省政協常委。 ^[11] 

1955年6月，師昌緒回國，被分配到中國科學院金屬研究所。當時正值第一個五年計劃的建設高潮，金屬所在李薰所長領導下，以大部分力量投入直接為國民經濟服務工作，師昌緒被指定為金屬所在鞍鋼工作組的負責人。他的專長本是物理冶金學，而新的任務卻涉及到煉鐵、煉鋼、軋鋼等工藝問題，他毫不猶豫地挑起這副擔子，領導全組完成了多項重要課題，顯示出他知識淵博與處理大生產問題的能力。 ^[12] 

1956年加入九三學社，曾任九三學社第七屆中央委員。

1957年，金屬所的研究工作重點轉向軍工尖端材料的研究。他被任命為高溫合金研究組的負責人，兼任合金鋼研究室主任。從此，他開始從事高溫合金及合金鋼的研究與開發工作。

1963年開始，曾當選為第三、五、六屆全國人大代表。

1980年當選為中國科學院院士。

1982年創辦并兼任中科院金屬腐蝕與防護研究所所長。

1984年調任中科院技術科學部主任。

1986年任國家自然科學基金委員會副主任，嗣后被聘為該會特邀顧問。

1994年當選為首批中國工程院院士，擔任中國工程院副院長。 ^[13] 

1995年當選為第三世界科學院院士。同年當選為第三世界科學院院長。

1997年任湘潭大學董事會名譽董事長 ^[8]  。

2010年榮獲國家最高科學技術獎。 ^[14] 

2014年11月10日上午7時7分，中國國家最高科學技術獎獲得者、“兩院”院士師昌緒因病在京逝世，享年96歲。 ^[15]  正在繁忙國務活動中的李克強總理聞訊委托工作人員打電話表示沉痛哀悼，并向師昌緒家人及親屬表示慰問。11月11日上午9點起在北區學術報告廳設立吊唁廳，供社會各界人士前來吊唁。 ^[15]  11月16日上午9點，師昌緒院士遺體告別儀式在北京八寶山殯儀館東禮堂舉行。 ^[16-17] 

師昌緒在從事航空用、民用高溫合金研究開發的同時，在新型高合金鋼方面也同樣進行了大量研究開發工作。1958年，他與姚漢武開發的不含鎳的奧氏體耐蝕鋼OCr17 Mn14Mo2N，用在尿素工業設備上，具有優異的抗蝕性。經中小型尿素廠推廣后，獲得好評。為了研究該種鋼在尿素生產過程中，在缺氧條件下仍具有優異耐蝕性機理，他們曾設計與制造了一套在線測試電化學的精密裝置，安裝在南京化肥廠，并探明了耐腐蝕的原因。師昌緒多次在現場解決冶煉、熱加工等問題，為鉻錳氮鋼的研制和生產打下了良好基礎。

師昌緒與李有柯等還開發了鉻錳氮系耐熱鋼和無磁鉻錳氮系高強度不銹鋼，前者用于工業爐，后者用作潛艇桅桿。在師昌緒的指導下，張彥生、李依依等于1959年開始從事鐵錳鋁系奧氏體鋼的研究，通過相圖、相變規律、組織結構和各種性能的系統研究，表明這類鋼在液氮溫度下比鎳鉻不銹鋼具有更好的韌性，是一種良好的低溫材料；作為耐熱材料，其性能不亞于鐵鉻鎳基高溫合金A286；作為無磁材料，其性能優于鎳鉻不銹鋼。為了推廣該鋼種，對其冶煉、壓力加工和焊接等方面建立了一套切實可行的工藝制度，從而推動了全國鐵錳鋁系奧氏體鋼的研究與發展。 ^[18] 

由于在科學研究、科研管理及科技規劃等方面成績突出，他多次獲得國家級和院、部級的獎勵。 ^[19] 

50年代，他是美國金屬學會（ASM）會員；從80年代起，他是美國材料研究學會（MRS）會員。1987年日本東京大學成立100周年，舉行“材料與社會”討論會，共邀請10余名國際知名學者，他是被邀的唯一中國學者，并在大會上做了學術報告；1988年在日本東京召開的“新材料國際會議”，同年在美國芝加哥召開的“世界材料大會”以及1991年在法國，由歐洲材料研究學會（E-MRS）主辦的“國際材料聯合會在第一屆先進材料會議”等，師昌緒均被邀為國際顧問委員會的成員。1990年由中國材料聯合會（C-MRS）召開的先進材料國際會議，他是大會主席之一。1992年由中國金屬學會、美國礦物、金屬及材料學會、日本金屬學會及韓國金屬學會共同發起的“第一屆環太平洋先進材料與技術國際會議”，以及同年，由國際薄板成型研究會（IDDRG）舉辦的“第17屆國際會議”，他均被選為大會主席，并任1992～1994年度的該研究會主席。

師昌緒院士發表學術論文300多篇，培養碩士及博士生近100名。

師昌緒院士是中國高溫合金開拓者之一，發展了中國第一個鐵基高溫合金，領導開發中國第一代空心氣冷鑄造鎳基高溫合金渦輪葉片。（人民網評） ^[20] 

師昌緒對國家科技政策的制訂及科技機構的設置和發展做出了突出貢獻。他倡導并參與主持了中國工程院的建立；多次主持全國材料領域發展規劃。師昌緒在國際材料科學領域享有很高聲譽，多次擔任國際材料領域學術會議主席或顧問。（新華網評） ^[18] 

師昌緒院士不僅是我國高溫合金研究的奠基人、材料腐蝕領域的開拓者，更是參與國家科技政策制定的戰略家，為中國的材料科學作出巨大貢獻。（網易評） ^[15] 

2018年11月15日，九三學社刊文紀念師昌緒誕辰一百周年《紀念九三學社社員、中國材料學之父師昌緒誕辰100周年》。 ^[21]