1901年9月29日，费米出生在意大利罗马。他在儿时就爱好制作各种模型，曾与弟弟一道制作了电动机和飞机模型，展现出他的善于创新才能。他的少年时期正值近代物理学取得一系列辉煌成就：放射性的发现、爱因斯坦相对论中能量公式的提出，以及量子物理取得的飞速发展。这使得少年费米深深为物理学的新思想和新成就所吸引，他决心在这广宽的天地里畅游。
28岁当科学院院士
费米努力学习数学和物理学，中学毕业后考入比萨大学。在那里学习经典物理学和相对论，从而奠定了他深厚的基础，又充分了解当代物理待解决的问题。1922年费米以研究X射线的论文获得物理学博士学位。1923年获得了国家奖学金的资助赴德国格丁根大学，在著名核物理学家M.玻恩的指导下作研究工作，并短暂访问了荷兰莱顿大学。在这两处，费米结识了许多知名的物理学家，在跟他们合作研究的同时，也探讨了当时物理学发展中的一些重要问题，为他后来在物理学上取得多方面进展创造了很重要的条件。
1924年回国后，在罗马大学任讲师，在教授物理课程期间，潜心研究对物理学有着深远影响的、像电子那样遵守泡利不相容原理的粒子的统计规律，并于1926年发表论文，论文陈述了被后人称为的费米－狄拉克统计法。起初意大利科学界对这篇出自年仅25岁讲师之手的论文并未给予重视，但不久，费米的统计法于1927-1928年间被英国同行应用到电子气的研究，并取得较满意的结果，这使费米名扬国外。在这种情况下，费米的成果始被意大利科学界所承认，并于1928年被任命为罗马大学物理学教授，同年，当选为意大利皇家科学院院士。这时费米年仅28岁。
39岁获诺贝尔奖
费米并未因获得教授职称和院士而止步。他十分关注世界各国物理学家和化学家在原子放射性方面研究的进展，为此，费米在罗马大学创立了意大利学派，著名的β放射性衰变的论文就是他在罗马大学工作十年中完成的。在1934年以前人们只研究天然放射性，还不能在实验室里制造出人工放射性物质。就在这一年，法国化学家和物理学家约里奥-居里夫妇用α粒子轰击铝箔，发现了半衰期只有2.6分钟的放射性元素磷，这是人类发现的第一个人工放射性核元素。为此，他们于同年共获诺贝尔化学奖。费米对约里奥-居里夫妇发现的人工放射性怀着极大兴趣，他以其敏锐的判断力，认识到这是一件极其重大的事件，用人工方法可以制造出新的元素了，尽管它存在的时间很短，经过2.6分钟就要降少一半。费米经过分析认为，用不带电的中子轰击原子核会比用带正电的α粒子更容易使产生新的原子核。为了把这一想法付诸实验，他自制了盖革计数器和较强的中子源，在短短的几个月时间，发现了40多种人工放射性同位素。接着他还发现中子在通过石腊或水，能使中子的运动速度减缓，从而可提高人工放射性元素的激发。他的这一项研究成果奠定了原子核反应堆的理论和实践基础。由于这项发现，他于1938年获诺贝尔物理学奖。后人称费米为中子物理学之父。
伟大的里程碑
1939年法西斯头目墨索里尼统治着意大利，开始反犹太人活动。费米的妻子是犹太人，为了逃避法西斯的迫害，他借去斯德哥尔摩领诺贝尔奖金之机，携家移居美国，并先后在哥伦比亚大学和芝加哥大学任物理教授。
这时德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼以及流亡瑞典的犹太女物理学家迈特纳，发现中子轰击原子序数为92的铀，得到了原子序数为56的钡和原子序数为36的氪，并产生多个中子。同年约里奥-居里夫妇从实验中证实在铀核裂变过程中能释放出2～3个中子。于是，哈恩认为从铀核裂变过程中释放出来的2～3个中子，又会分别引起2个铀核裂变，从而使铀核裂变的数目不断急剧增加。这就是核裂变的链式反应。按照爱因斯坦相对论的质能关系，从理论上可以算出1克铀核裂变释放的能量相当于3千克煤释放的能量，况且核裂变释放的能量又是在极短时间完成的，其爆炸威力相当于20千克TNT炸药，这是十分惊人的。
纳粹德国的希特勒深知利用铀核裂变的链式反应所产生的能量，能制成威力巨大的炸弹，这将会对战争的胜负起着重大作用。希特勒要求以哈恩为首的科学家研究这种炸弹。与此同时，丹麦哥本哈根学派创始人、著名物理学家玻尔把欧洲大陆已完成核裂变的链式反应的消息带到了美国后，引起了移居美国的费米等人的强烈忧虑，他们认为铀核裂变的链式反应可能被用于制造炸弹，而且一旦被战争狂人希特勒所掌握将会对全世界造成可怕的威胁。于是，1939年8月，他们以爱因斯坦的名义给美国总统罗斯福写了一封信，敦促美国特别关注这一事件。罗斯福于1939年10月11日下令组织“铀矿顾问委员会”。为了验证链式反应的实际条件，美国决定在芝加哥建造一座原子反应堆，并委任费米为技术负责人。
1941年12月费米来到芝加哥，考虑到链式反应所释放的能量是十分巨大的，为了安全起见，原子反应堆建造地点选在芝加哥大学运动场的西看台下。在实验过程中，中子的数量必须得到控制，否则会酿成无可挽回的大祸，因此实验中的每个步骤每个动作都经过费米和他的助手的周密思考和反复试验。一年后，世界上第一座原子反应堆建成了。这个反应堆是用石墨层和铀层堆砌而成的，共57层，它的高约6.5米，宽9米，长10米 。1942年12月2日在费米的指挥下正式启用，这座原子反应堆的功率只有200W。与现在反应堆功率百万Kw的核电站相比，200W实在是太微不足到了，但它的出现表明人类利用原子核能的光辉时代巳经到来，这是一个伟大的里程碑。
进入核能时代
就在费米于1941年到芝加哥建造原子反应堆的时候，美国总统罗斯福于同年12月6日下令制造原子弹的“曼哈顿工程”。“曼哈顿工程”由美国科学家奥本哈默负责，费米、玻尔、康普顿等参加研制工作，费米并担任关于原子弹使用和原子能政策的总统顾问。1945年7月16日，世界上首枚原子弹在美国新墨西哥州的沙漠里试爆成功，这时距费米提出用中子轰击原子核使之裂变，只不过经历了短短的12年，世界就这样快速地进入了原子核能时代。这也是费米当初提出中子物理理论时所不曾料到的。
二次大战结束后，费米认为核物理正在走向成熟，未来的发展将在粒子物理方面，他集中精力研究介子的性质、宇宙射线的起源以及天体的磁场效应等。费米一生在理论物理学、原子和原子核物理学、中子物理学、天体物理学等诸多方面都作出了卓越贡献。费米不仅是一位出色的学者，而且是一位受人爱戴和尊敬的导师，他引导学生理解科学精神和完美科学道德，培养了许多世界著名的科学家和诺贝尔获奖者，如布洛赫、德拜、施温格、盖尔曼、杨振宁、李政道等等。
费米于1954年11月28月病逝于芝加哥。
