1913年，初入美国加州大学，后转芝加哥大学，攻读物理学，并获得芝加哥大学物理系学士学位。
1918年，进入哈佛大学研究院，后转入耶鲁大学和普林斯顿大学，在普林斯顿大学师从物理学家康普顿教授。
1922年，获得普林斯顿大学哲学博士学位，博士论文是研究低压电弧的电子发射速率的实验成果。同年返回祖国，应南开大学校长张伯苓的聘请，来到南开大学任教授，创立物理系并任主任。
1929年，获得中华教育文化基金董事会奖助金，赴德国莱比锡大学波茨坦天文物理实验室进修，从事原子光谱线的斯塔克效应的研究。经过三年的努力，完成了《论铷和铯的基本线系的二次斯塔克效应》论文。
1937年，抗日战争爆发后，先后在湖南长沙临时大学和昆明西南联合大学任物理系主任。期间培养了杨振宁、黄昆、张守廉、邓稼先、李政道等一大批优秀物理学家。
1944年，休假到美国俄亥俄州立大学，与A．H．尼尔森（Nielsen）等合作进行分子红外光谱的实验研究。
1948年3月，当选为中央研究院第一届院士。
1955年6月，当选为首届中国科学院数理化学部学部委员。
1966年，文化大革命中遭到打击和迫害，饱受折磨。
1968年10月16日，“清理阶级队伍”时，在北京大学燕南园51号上吊自杀身亡。
1978年，平反昭雪，邓小平、乌兰夫等党和国家领导人在为其平反昭雪的追悼会上送了花圈。
饶毓泰是国际上早期研究斯塔克效应的光谱学家之一。20世纪30年代初在铷和铯原子光谱线的倒斯塔克效应实验中，观测到它们的主线系的分裂和位移现象。20世纪40年代与合作者在分子光谱和原子结构研究方面获重要成果，记录了难以分辨的w3的转动光谱，为研究同位素气体分子的振动—转动光谱开辟了途径。
饶毓泰先后培养了吴大猷、马仕俊、马大猷、郭永怀、虞福春、黄昆等一批中国国内外物理学家。
饶毓泰先后为中、青年教师和外校进修教师开设了《原子光谱》《气体导电基本过程》《光的相干性理论》《塞曼斯效应与共振辐射》《荧光辐射的强度与偏振》《光磁双共振》等课程。
1948年，当选为中央研究院第一届院士。
1955年，当选为中国科学院学部委员。
饶毓泰研究了气体导电过程，对低压汞弧放电机理研究作出了重要贡献。（中国科学院评）
饶毓泰是中国著名的科学家、教育家，是中国光学学科的先驱者。他为中国的早期科学发展做出了重要贡献，培养了一大批中国国内外著名的科学家。（北京大学物理学院评）
饶毓泰对低压汞弧放电机理的研究有突出贡献。在原子光谱、分子光谱等研究领域中有重要建树。（北京大学校史馆评）
十大中国物理学家 NO.2
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