1949年，加入中國(guó)共產(chǎn)黨。
1952年，考入清華大學(xué)航空系（后因院系調(diào)整被并入北京航空航天大學(xué)）。
1961年，畢業(yè)于莫斯科航空學(xué)院導(dǎo)彈設(shè)計(jì)專業(yè)。
1961年，回國(guó)投身中國(guó)第一種自行設(shè)計(jì)的火箭設(shè)計(jì)和研制工作，歷任洲際火箭副總設(shè)計(jì)師、長(zhǎng)征二號(hào)捆綁式運(yùn)載火箭倡導(dǎo)者之一和研制總指揮。
1978年，在第一設(shè)計(jì)部成立以航天飛機(jī)為主要對(duì)象的跟蹤研究小組。
1978年 - 1980年，擔(dān)任七機(jī)部第一研究院總體設(shè)計(jì)部副主任、主任。
1980年 - 1991年，擔(dān)任七機(jī)部第一研究院副院長(zhǎng)、院長(zhǎng)。
1987年，作為“863”航天領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)成員，參與制定中國(guó)載人航天發(fā)展藍(lán)圖。
1991年，調(diào)任航空航天部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)副主任、運(yùn)載火箭系列總設(shè)計(jì)師、地地導(dǎo)彈系列總設(shè)計(jì)師和中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師。
1992年01月，被任命為載人航天工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性論證組組長(zhǎng)，主持?jǐn)M制該工程七大系統(tǒng)的技術(shù)途徑和主要技術(shù)方案。
1992年 - 2007年，擔(dān)任中國(guó)載人航天工程總設(shè)計(jì)師。
1994年，調(diào)往原國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)（現(xiàn)解放軍總裝備部）繼續(xù)擔(dān)任載人航天工程總設(shè)計(jì)師。
2004年 - 2018年06月，擔(dān)任清華大學(xué)航天航空學(xué)院院長(zhǎng)。
2018年06月，擔(dān)任清華大學(xué)航天航空學(xué)院榮譽(yù)院長(zhǎng)。
1992年，當(dāng)選國(guó)際宇航科學(xué)院院士、俄羅斯宇航科學(xué)院外籍院士。
1994年05月，當(dāng)選中國(guó)工程院首批院士。
2003年，獲“國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”。
2005年，被授予“載人航天功勛科學(xué)家”榮譽(yù)稱號(hào)。
2010年05月04日，國(guó)際小行星中心用其姓名為國(guó)際永久編號(hào)第46669號(hào)小行星命名。
2019年09月，被授予“最美奮斗者”稱號(hào)。
2021年06月28日，被授予“全國(guó)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”稱號(hào)。
1978年，獲“全國(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)”。
1985年，獲“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)”。
1997年，獲“國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”。
1999年，獲“解放軍專業(yè)技術(shù)重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”。
