1978年，马伟明毕业于扬中县中学（今江苏省扬中高级中学）。
1982年，毕业于海军工程学院。
1987年，于海军工程学院获船舶电气工程专业硕士，毕业后留校任教，
1993年至1996年，在清华大学攻读并获电机专业博士学位。
2001年，当选为中国工程院院士。
2003年5月，受聘为华中科技大学教授。
2016年6月，任中国科学技术协会第九届全国委员会副主席。
第十八届中央候补委员、十九届中央候补委员、委员（十九届四中全会递补），第十三届全国人民代表大会代表，第五届国务院学科评议组成员，国家自然科学基金委员会学科评审组成员，中国造船学会理事，武汉市科协副主席，武汉造船学会副理事长。
马伟明长期致力于独立系统集成化发供电、电力电子、电力系统电磁兼容、舰船综合电力系统技术等领域的研究，承担国家和国防重大装备重点课题40多项，获得具有自主知识产权的发明专利40多项，20多项关键技术成果居世界先进水平；所有创新成果全部应用到我国自行研制的作战舰艇。他领导研制成功国产十二相整流发电机，填补国家空白，装备多艘潜艇，这一成果获国家科技进步一等奖。
作为电力系统及自动化学科的带头人，他长期致力于独立系统集成化发电、独立电力系统电磁兼容、电力电子应用技术等领域的研究，先后承担了近20项国家和军队高新工程和重大科研项目。
创建并发展了十二相发电机供电系统的基础理论体系，攻克了系统中稳定性预测、固有振荡抑制、复合故障诊断、短路保护等国内外长期未解决的关键技术难题，研制出具有国际领先水平的十二相发电机整流供电系统；提出M相/N相双绕组电力集成新原理，研制出交直流双绕组电力集成供电系统，为国际首创；研制成功具有世界先进水平的潜艇AIP发供电系统；在独立电力系统电磁传导干扰预测理论和抑制技术上取得重大突破。
马伟明致力于独立发供电系统研究。创建并发展十二相发电机整流供电系统的基础理论体系，攻克系统中稳定性预测、固有振荡抑制、复合故障诊断、短路保护等国内外长期未解决的关键技术难题（德国有关公司购买其稳定装置专利），研制出具有国际先进水平的十二相发电机整流供电系统，已装备应用，获2000年度国家科技进步一等奖（第一名）。提出三相/十二相双绕组电力集成新原理，据此研制出艇用交直流混合发供电系统。在独立电力系统电磁传导干扰预测理论和抑制技术上取得突破，完成了运载工具不同供电系统电磁兼容研制。
主持建成博士学位授权点和博士后流动站，领导的课题组获得国家自然科学基金“创新研究群体”资助。培养博士、硕士50名。
《交直流电力集成技术》
出版专著2部，在国内外核心期刊上发表学术论文110篇。
马伟明先后获国家“十大杰出专业技术人才”、第三届和第五届“中国青年科学家奖”、“国家发明创业特等奖”及“当代发明家”等荣誉称号，他领衔的科研团队获“国家创新研究先进群体”。
马伟明先后获国家科技进步一等奖1项，国家发明三等奖2项，军队科技进步一等奖3项、二等奖4项，国家专利4项。
1996年入选首批国家“百千万人才工程”第一、二层次，获“中青年有突出贡献专家”称号和第五届中国青年科技奖。
1999年获第二届求是杰出青年实用工程奖、国家“十大杰出专业技术人才”荣誉称号，获何梁何利科学技术奖。
2002年7月，中央军委给马伟明记一等功。
2011年12月，为表彰他在科技创新领域的突出贡献，中央军委主席胡锦涛签署通令，为他记一等功。
2015年11月，获2015年度何梁何利基金最高级别奖项——“科学与技术成就奖”。
2017年1月，马伟明被评为2016年度最具影响力的十大“科技创新人物”。
2017年7月28日，中央军委主席习近平签署命令：授予马伟明同志“八一勋章”。
2019年9月25日，被授予“最美奋斗者”荣誉称号。
