1911年，钱学森考入上海工部局华童公立学校（今上海市第二中学），1923年从上海交通大学毕业后，免试进入美国麻省理工学院继续深造。1935年，获得博士学位后立即选择回国，之后成为清华大学最年轻的教授。1938年，担任交通大学机械系教授。1943年，担任岭南大学机械系教授。1945年，担任昆明中央机器学校机械系教授。1946年，担任美国麻省理工学院航空系终身教授。
1955年，经过周恩来总理的关怀，钱学森回国并在中国科学院力学研究所成立大会上被任命为力学研究所首任所长。1958年8月，组建火箭、导弹研究所（航天部）二院，钱学森担任院长。
从20世纪60年代起，他开始致力于组织、发展、指导实施国家的导弹和航天事业，为中国运载火箭引起了向地球同步轨道发射的重大突破作出了重要贡献。
钱学森在力学的应用研究方面作出了重要贡献。他发展了薄壳结构理论，用系统论观点研究薄壳类结构，将力学和数学结合，提出新的计算方法；在工程控制论方面，钱学森提出以工程控制论的观点研究化工过程控制的理论；在系统工程方法论方面，钱学森提出了一个一般性的方法论体系——系统思维方法论。
2009年10月31日凌晨因急性心肌梗死医治无效逝世。
