1902年12月，顾毓琇出生于江苏无锡。
1915年，考入清华学校（清华大学前身），1923年毕业。
1923年，赴美国麻省理工学院（MIT）学习电机工程，1925年获得学士学位。
1926年，发表《四次方程通解法》，同年获得麻省理工学院科学硕士学位。
1928年，获得麻省理工学院科学博士学位，成为该校第一位获得科学博士学位的中国人。
1929年起，担任国立浙江大学电机工程系教授兼主任。
1931年起，担任国立中央大学工学院院长。
1932年起，历任国立清华大学电机系主任、无线电研究所所长、航空研究所所长、工学院院长。
1937年起，担任长沙临时大学（1938年更名为国立西南联合大学）首任工学院院长。
1938年起，担任国民政府教育部政务次长（非党派人士）。
1939年起，兼任战时教育委员会主任委员，主导了当时许多著名大学（如西南联大）的南迁。
1940年起，兼任国立音乐院（中央音乐学院前身）首任院长和国立交响乐团首任团长。
1944年起，担任国立中央大学校长。
1945年起，担任上海市教育局局长，并兼任交通大学教授，是江泽民主席就读交通大学时的老师。
1945年，抗战胜利后，顾毓琇被任命为中国陆军总司令部中将参议，出席1945年9月9日南京日本投降受降典礼。
1947年起，担任国立政治大学校长。
1950年，顾毓琇移居美国，历任麻省理工学院教授，宾夕法尼亚大学终身教授、荣休教授。
1973年，顾毓琇夫妇应周恩来总理邀请回国观光探亲，并于中共“十大”闭幕当晚在人民大会堂与周总理长谈三个半小时。
1979年，顾毓琇回国讲学，通过王震向邓小平建议施行股份制改革。
1983年，顾毓琇再次回国讲学，受到邓小平接见。
1988年，顾毓琇再次回国，受到老朋友邓颖超的接见。
2002年9月9日，顾毓琇于美国逝世，享年100岁。遵其遗愿，顾氏后人将家族故居捐献给了无锡市人民政府。
2004年10月，中共中央办公厅批示，将顾毓琇故居改建为顾毓琇纪念馆，该馆是江苏省自周恩来纪念馆之后第二座被正式批准建立的名人纪念馆。
2006年，顾毓琇夫人王婉靖仙逝，享年105岁。同年，顾毓琇夫妇的骨灰被子女送回家乡无锡安葬。