1980年09月—1984年07月，在山东大学光学系激光专业学习，获得理学学士学位。
1987年09月—1990年07月，在中国科学院物理研究所凝聚态物理专业进行研究生学习，获得理学硕士学位。
1990年09月—1994年08月，在入中国科学院物理研究所凝聚态物理专业学习，获得中国科学院物理研究所理学博士学位 。
1992年06月—1994年06月，作为中日联合培养学生，在日本东北大学金属材料研究所学习。
1984年09月，在曲阜师范大学物理系任职。
1994年09月—2001年03月，前往日本东北大学金属材料研究所工作，担任日本文部省教官、助手。
1998年08月，入选中国科学院百人计划，在中国科学院物理所工作，担任研究员、博士生导师。
1999年03月，担任凝聚态物理中心SF4研究组组长。
1999年09月，担任中国科学院表面物理国家重点实验室主任。
2000年02月—2000年03月，前往瑞士IBM苏黎世实验室做访问科学家
2000年09月，加入中国共产党。
2001年12月—2002年01月，前往香港大学物理系做访问教授。
2004年06月，担任国家纳米科学中心首席科学家。
2005年11月，当选中国科学院院士。
2006年04月—2010年06月，进入清华大学物理系工作，担任教授、博士生导师，系副主任。
2008年，担任北京邮电大学电子工程学院院长。
2010年07月—2013年03月，担任清华大学理学院院长、物理系主任。
2011年，担任临沂大学凝聚态物理研究所所长。
2013年03月—2013年05月，担任清华大学校长助理、科研院院长、理学院院长、物理系主任。
2013年05月—2020年12月，担任清华大学党委委员、常委、副校长。
2013年07月，担任中共清华大学委员会委员、常委。
2017年，担任北京量子信息科学研究院院长。
2020年11月至今，担任南方科技大学校长。
2020年12月至今，担任南方科技大学校长、党委副书记。
2004年，荣获“中国青年科技奖”。
2005年，荣获“中国科学院杰出科技成就奖”。
2010年，荣获“第三世界科学院（TWAS）物理奖”。
2014年，荣获“求是杰出科学家奖”。
2016年09月，荣获“未来科学大奖物质科学奖”。
2017年01月，被评为2016年度最具影响力的十大“科技创新人物”之一。
2019年，入选“中国海归70年70人”榜单，荣获“北京市突出贡献中关村奖”。
2020年02月，荣获“2020年度菲列兹·伦敦奖”，是自1957年该奖设立以来，首个获得这一荣誉的中国科学家、是第二个获得荣誉的亚洲地区科学家。
2020年09月，荣获“复旦—中植科学奖”。
