1911年6月7日王竹溪（名治淇，號竹溪）出生於湖北省公安縣麻豪口壹書香世家，父親和祖父都是清末秀才。他幼年在家鄉曾先後隨其舅父及長兄治昆等讀四書、《詩經》、《左傳》等書。1922年春入麻豪口小學，1922年秋到武昌入荊南中學補習班，1923年升入正式班。1926年夏畢業。在1922到1926年期間他除完成學校的課程外，還博覽群書。曾先後學習《幼學瓊林》、《莊子》、《老子》、《荀子》、《禮記》、《史記》、《漢書》等書，對《康熙字典》的切韻法頗感興趣。他對數學特別愛好，喜讀中國名家小說。從而奠定了少年啟蒙知識的基礎。
王竹溪1927年考入武昌第二中山大學理預班，1928年插入上海麥倫中學高二。
1929年夏，高中畢業，先後投考了清華大學和中央大學，在兩校都錄取的情況下，因慕梁啟超之名，決定進清華大學學習物理學。王竹溪在班上最受葉企孫和周培源的器重。周培源對他的評語是：“對物理概念理解深入，並具有數學計算的特殊才能。”
1929年，考入清華大學土木工程系。入學壹年後，因感自己對物理有興趣，遂轉入物理系。
1933年夏，在清華大學物理系畢業，同時考取研究生，進清華研究院，跟周培源研究湍流理論，1934年發表了第壹篇論文《旋轉體後的湍流尾流》。1933年，公費留學，同年8月到英國劍橋大學，師從福勒研究統計物理。在導師指導下，王竹溪在統計物理方面深入到當時國際科學前沿，潛心研究。
1935年，HA貝特(Bethe)發表超點陣統計理論，假設原子間只有近鄰相互作用，討論二元合金。王竹溪在此理論基礎上對相似的吸附作用提出了統計理論，然後把其主要思想用於超點陣問題。
1938年夏，他獲劍橋大學博士學位。博士論文為《吸附理論及超點陣理論的壹個推廣》(TheTheoryofAdsorptionandanExtensionoftheTheoryofSuperlattices)。1936至1938年間，他在英國的物理學刊物上發表論文6篇，如《有長程作用的吸附的統計理論》、《有長程作用的吸附動力學》等。
1938年夏，王竹溪回國，到昆明西南聯合大學任清華大學教授，時年27歲。在西南聯合大學的8年，是工作艱難、生活困苦的時期，也恰恰是王竹溪科學研究碩果累累、培養人才桃李芬芳的時期。他的關於熱力學、統計物理以及生物物理方面壹系列重要論文，在這時期相繼發表於英國《皇家學會會刊》、《劍橋哲學學會會刊》、美國《物理評論》、美國《物理化學雜誌》和《中國物理學報》等刊物。
在這期間他為祖國培養了大批有成就的理論物理工作者，其中有諾貝爾獎獲得者楊振寧。楊振寧曾回憶說：“為了寫碩士論文，我去找王竹溪先生。那時他是很年輕的教授，剛從英國回來不久。在王先生的指導下，我寫了壹篇論文，是關於統計力學的，這把我引到了統計力學的領域。以後四十年間，吳先生(大猷)和王先生引我走的兩個方向——對稱原理和統計力學——壹直是我的主要研究方向。”
1938年夏，王竹溪以論文《吸附理論及超晶格理論的壹個推廣》獲博士學位，旋即回國，到昆明西南聯合大學任清華大學教授，時年27歲。在西南聯合大學的8年，是工作艱難、生活困苦的時期，也恰恰是王竹溪科學研究碩果累累，培養人才桃李芬芳的時期。他的關於熱力學、統計物理以及生物物理方面壹系列重要論文，在這時期相繼發表於英國《皇家學會會刊》、《劍橋哲學學會會刊》、美國《物理評論》、美國《物理化學雜誌》和《中國物理學報》等刊物，而他最得意的學生，當首推在這壹時期跟他做碩士論文的楊振寧。
1946年夏天，王竹溪隨清華大學從昆明遷回北平。1949年1月，王竹溪被任命為清華大學物理系主任。
1952年全國高等院校調整，王竹溪到北京大學任物理系教授、理論物理教研室主任，1962年起，任北京大學副校長。王竹溪對我國物理學發展的貢獻，絕大部分都是在北京大學的31年做出的。他著有物理論文近40篇。在有序無序相變理論方面有10篇，對貝特的理論做了重要的推廣和補充。主要有：推廣到包括長程作用，證明了應用巨配分函數的正確性以及提供了求得近似配分函數的方法等。在熱力學方面論文11篇，主要貢獻有：把普朗克二元溶液理論推廣適用於多元溶液，推廣普朗克理論到多元系研究壹個有任意多個組元和任意多個***存相的物體系的穩定平衡問題以及在選定三相點的絕對溫度後壹些實際問題的研究。王竹溪的論文還涉及物理學史、基本物理常數問題以及漢字檢索機器化方案等方面。出版的著作主要有《熱力學》、《統計物理學導論》、《熱力學簡程》、《特殊函數概論》(與郭敦仁合著)、《統計物理學簡明教程》、《簡明十位對數表》以及《新部首大字典》等。他於1955年編著的《熱力學》是我國自編的第壹部熱力教材。
1984年該書被評為全國優秀圖書壹等獎。1965年王竹溪和郭敦仁合著的《特殊函數概論》是壹本為理論物理工作者編寫的著作，該書包括常用的各種主要特殊函數的運算方法與基本特性。
1952年全國高等院校調整，王竹溪到北京大學任物理系教授、理論物理教研室主任。
王竹溪對我國物理學發展的貢獻，絕大部分都是在北京大學的31年中做出的。
1951年，王竹溪任中國物理學會物理學名詞委員會副主任，數年後改任主任，壹直到他去世。物理學的名詞和術語，是物理學家們交流物理思想和研究成果必不可少的媒介。由於近代物理學的發展起源於西方，絕大多數物理學名詞都譯自英、德或法文，審定漢語的物理學名詞，既要求對物理學有深入透徹和完整全面的了解，又要求精通英、德、法語，更要求有深厚的漢語功底。王竹溪正好具備這三方面的專長，是擔此重任最恰當的人選。在名詞審定中最膾炙人口的壹個例子，就是粲誇克的定名。粲誇克的英文是charm quark，先譯為魅誇克，雖然意思差不多，但終究不夠貼切。英文charm既有魔力和嬌媚之意，又可作美好解。魅字只含前兩種意思，不能釋作美好，而且由於是常用字，容易引起誤解。後來王竹溪建議改用稀見字粲，取《詩經·唐風·綢繆》“今夕何夕，見此粲者”句中“粲”字為美物之意，既表達了charm的原意，又與charm諧音，立即為大家所接受。又如classical physics定名為經典物理而不是古典物理，因為它是與相對論和量子論相對而言的，時至今日仍在發展之中，絲毫沒有古老之意。英文classical在classical music中取古典之意，而在此卻不能取古典之意，只能取經典之意。
在30多年中，王竹溪博采眾議，主持審定物理學名詞2．2萬余條，為中國物理學名詞的統壹奠定了基礎。在“文化大革命”期間，教學秩序十分混亂，而王竹溪仍然堅持指導了從歐洲到中國來學習中國物理學名詞的研究生，為中外物理學的交流做出了貢獻。他除了主持審定中國物理學名詞外，還與數學家蘇步青等人合編了《數學名詞匯編（英漢對照》），於1964年在香港出版。
1955年，中國科學院設立學部，王竹溪當選為數理化學部（後為數學物理學部）學部委員(1994年起改稱院士)。
在“文化大革命”期間，60歲的王竹溪被迫到江西鄱陽湖濱的鯉魚洲做放牛翁。
1971年夏天，中美關系改善，楊振寧第壹次回大陸探親訪友，要求拜見他在西南聯合大學做研究生時的導師王竹溪，王竹溪才從鯉魚洲回到北京。但是在鯉魚洲的那段艱難生活，種下了後來使他過早去世的病根。
“文化大革命”結束後，王竹溪精神煥發，除了原來擔任的各項工作外，又擔負了更多更重的社會職務。
1978年，當選為中國物理學會副理事長和中國計量測試學會副理事長。
1978年秋，率中國大學代表團訪問南斯拉夫和羅馬尼亞
1979，年出任《中國科學》副主編，《中國大百科全書》總編輯委員會委員、物理學編輯委員會主任兼物理學綜論編寫組主編。同時，他還為科學出版社主編“現代物理學叢書”和“物理學基礎知識叢書”，為原子能出版社主審《物理學詞典》。
1981年夏，率中國代表團赴美出席國際精密測量與基本常數會議第二屆大會。
1981年，國務院設立學位委員會學科評議組，王竹溪出任第壹屆學科評議組成員。
1981年，王竹溪被發現患肝炎病已到肝硬化的後期。1983年1月30日，王竹溪與世長辭，享年71歲。
楊振寧專程從美國趕來北京吊唁，國內外100多個單位和個人發來唁電或唁函。楊振寧致王竹溪眷屬的唁電說：“竹溪師生平勤實誠正，是朋友和學生都十分敬佩的。他造就了許多科技人才。我對統計物理的興趣即是受了竹溪師的影響。”李政道的唁電說：“我極其悲痛地獲悉王竹溪教授逝世。……世界上失去了壹位大科學家，中國失去了壹位良師。”
1989年新加坡的世界科學(WorldScientific)出版公司出版了該書的英文版。楊振寧認為，“此書系統、清晰、扼要，正是王竹溪教授的風格和品格”。
王竹溪壹生興趣廣泛，他不僅是物理學家和數學家，而且有深厚的中國語言文字和歷史文化的根底。從20世紀30年代起他就研究中國的語言文字，於1943年發明了漢字新部首檢字法，並於1979年進壹步提出漢字檢索新方案，成為研究漢字檢索機器化之先鋒。1988年，上海翻譯出版公司和電子工業出版社聯合出版了王竹溪的遺著《新部首大字典》，***收51100個漢字，多於《康熙字典》，是對漢文字學的重要貢獻。王竹溪以壹人之力獨立完成此巨著，表現出他不僅具有深厚的學術造詣，而且具有超乎常人的勇氣和毅力，這種精神堪為後人楷模。