袁隆平1930年9月1日（农历七月初九）出生于北京协和医院。祖籍江西省德安县。
袁隆平的童年正处在中国时局动荡、国难当头的抗日战争时期。1938年秋，8岁的袁隆平随父母从汉口经湖南桃源、湖北宜昌去四川，1939年抵达重庆。先后在汉口扶轮小学，湖南弘毅小学，重庆龙门浩中心小学、复兴初级中学、赣江中学、博学中学读书；1948年2月，袁隆平进入南京中央大学附中读书。
在求学阶段，袁隆平肯动脑筋，不读死书，善于思索，被老师称为“爱提问的学生”。一次，参观园艺场的偶然机会，引起了袁隆平对大自然神奇的幻想而立志学农。1949年，袁隆平考入重庆相辉学院农学系（1952年全国院系调整时并入西南农学院）。
1953年8月大学毕业后分配到湖南省安江农校任教，讲授俄语、植物、作物栽培、遗传育种等课程。1964年2月，与农技干部邓哲结婚。在安江农校长达18年的教学生涯中，袁隆平一面教学，一面从事生产实践，选择课题进行科学研究。
20世纪60年代初，袁隆平带领学生下农村生产实习，目睹了农村粮食短缺、群众生活困难的现状，决心从农作物品种改良入手，探索科技兴农之路，与饥饿和灾荒作斗争。
1964年，袁隆平在我国率先开展水稻杂种优势利用研究，并提出通过培育雄性不育系、雄性不育保持系和雄性不育恢复系的三系法途径来培育杂交水稻，以大幅度提高水稻产量。
但工作刚刚起步，就开始了“文化大革命”。在上级有关部门的支持下，他避开干扰，依靠社会主义的大协作精神，带领助手刻苦钻研，克服种种困难，经过10年奋战，终于攻克了三系法杂交水稻研究中的难题。1972年袁隆平与同事们一起率先育成我国第一个实用的水稻雄性不育系及其保持系“二九南1号”，并于1973年实现“三系”配套，1974年选育成第一个强优组合“南优2号”，1975年研究出一整套生产杂交种子的制种技术，1976年开始，杂交水稻在全国大面积推广，比常规稻平均增产20%左右。由此，袁隆平成为世界上第一个成功地将水稻杂种优势应用于生产的科学家。
1980年以来，袁隆平又先后育成“威优64”、“威优49”等几个大面积推广的早熟、多抗新组合。1987年，两系法杂交水稻研究列入国家“863”计划，袁隆平挂帅开展全国性的协作攻关。历经九年的艰苦攻关，1995年，两系法杂交水稻研究成功，普遍比同熟期的三系杂交稻每亩增产5%—10%。
1998年，袁隆平主持的长江流域两系法杂交早籼稻选育研究获得突破，育成优质、高产、早中熟的两系早籼稻组合，为解决长期以来长江流域早籼稻米质不好、产量不高的难题提供了有力的技术支撑。
1998年，超级杂交稻研究被列为国家“863计划”重点项目，袁隆平出任首席责任专家；2000年，超级杂交稻实现百亩示范片亩产700公斤的第一期目标；2004年，超级杂交稻实现百亩示范片亩产800公斤的第二期目标；现正朝着百亩示范片亩产900公斤的第三期目标努力，计划到2010年实现。
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由于开展杂交水稻研究的需要，袁隆平1971年2月从安江农校调到湖南省农业科学院杂交水稻研究协作组工作。1978年晋升为研究员。1982年和1985年先后被湖南农学院和西南农业大学聘为兼职教授。
为加强和协调杂交水稻的科学研究，1984年成立了全国性的杂交水稻专门研究机构——湖南杂交水稻研究中心，袁隆平任中心主任。1995年，国家杂交水稻工程技术研究中心成立，袁隆平任主任。
1995年，袁隆平当选为中国工程院院士，2006年4月当选美国科学院外籍院士。现任全国政协常委、湖南省政协副主席、国家杂交水稻工程技术研究中心与湖南杂交水稻研究中心主任，受聘为联合国粮农组织首席顾问。