1909年（清宣統(tǒng)元年）9月15日，談家楨出生于浙江省寧波市的慈溪。他的祖父是個世傳的銀匠。父親談?wù)耒O在家鄉(xiāng)的一個雜貨鋪里當(dāng)學(xué)徒，以后在郵政局里當(dāng)一名小職員。母親楊梅英心地善良、勤勞刻苦。6歲那年，談家楨在當(dāng)?shù)厣纤桔樱?2歲畢業(yè)于教會辦的道本小學(xué)。

1921年（民國十年），談家楨進(jìn)入教會辦的寧波斐迪中學(xué)。

1925年（民國十四年），轉(zhuǎn)學(xué)到浙江湖州東吳第三中學(xué)高中部。

1926年（民國十五年），談家楨以優(yōu)異的成績畢業(yè)于東吳第三中學(xué)，并被學(xué)校免試保送蘇州東吳大學(xué)，主修生物學(xué)。

1927年（民國十七年），北伐取得勝利，他積極參加學(xué)校的罷課和驅(qū)逐反動外籍教員運(yùn)動。

1930年（民國十九年），畢業(yè)于蘇州東吳大學(xué)。經(jīng)胡經(jīng)甫推薦，談家楨成了燕京大學(xué)唯一從事遺傳學(xué)教學(xué)和研究的李汝祺教授的研究生。

1932年（民國二十一年），畢業(yè)于北京燕京大學(xué)研究院，獲理學(xué)碩士學(xué)位。

1934年（民國二十三年），談家楨告別了母親和新婚夫人，赴美國加州理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位，師從現(xiàn)代遺傳學(xué)奠基人摩爾根及其助手杜布贊斯基。

1936年（民國二十五年），他的博士論文《果蠅常染色體的遺傳圖》通過答辯，獲加州理工學(xué)院哲學(xué)博士學(xué)位。

1937年（民國二十六年），浙江大學(xué)校長竺可楨聘他為生物系教授。不久抗日戰(zhàn)爭爆發(fā)，浙江大學(xué)輾轉(zhuǎn)內(nèi)遷。最后生物系遷到湄潭的一個破舊不堪的唐家祠堂里。在這以后6年的時間里，談家楨在研究上取得了重要的成就。他的一些代表性論文就是在這段時間里完成的，同時也培養(yǎng)了以后在科研、教學(xué)上成績卓著的第一代研究生。

1944年（民國三十三年），談家楨發(fā)現(xiàn)了瓢蟲鞘翅色斑變異的鑲嵌顯性遺傳現(xiàn)象，這一創(chuàng)新性研究成果，至今仍被列為教科書的經(jīng)典內(nèi)容。

1945—1946年間，他應(yīng)哥倫比亞大學(xué)的邀請，赴美作客座教授。他對嵌鑲顯性現(xiàn)象的規(guī)律作進(jìn)一步的研究，并在1946年發(fā)表了“異色瓢蟲色斑遺傳中的嵌鑲顯性”的論文。這些成果引起國際遺傳學(xué)界的巨大反響，認(rèn)為是豐富和發(fā)展了摩爾根遺傳學(xué)說。

1946年（民國三十五年），談家楨在美講學(xué)期間，他讀了李森科撰寫的《遺傳與變異》英譯本小冊子，并第一次接觸到“米丘林生物學(xué)”和“辯證唯物主義”等名詞，

1948年（民國三十七年），談家楨代表中國遺傳學(xué)界出席在瑞典斯德哥爾摩召開的第八屆國際遺傳學(xué)會議。會上，他被選為常務(wù)理事。會后受聯(lián)合國教科文組織的資助。

1952年，院系調(diào)整后任復(fù)旦大學(xué)生物系教授兼系主任。

1961年起，曾先后擔(dān)任復(fù)旦大學(xué)遺傳所所長，復(fù)旦大學(xué)副校長，生命科學(xué)院院長和校長顧問等職務(wù)。

1966年7月，他的夫人終因不堪折磨，含冤離開了人間。

1968年11月，談家楨在農(nóng)田里勞動，有人輕輕地對他說，從明天起你可以不用到田里勞動了。

1979年，談家楨先生邀請自己在美國加州理工學(xué)院的老同學(xué)、美國科學(xué)院院士JamesBonner帶領(lǐng)學(xué)術(shù)團(tuán)隊來復(fù)旦大學(xué)開設(shè)分子遺傳學(xué)培訓(xùn)班，系統(tǒng)介紹建立基因組文庫、分子克隆等前沿學(xué)術(shù)進(jìn)展，為中國開展分子遺傳學(xué)研究培養(yǎng)了大批骨干。

1989年9月，為了鼓勵家鄉(xiāng)浙江的學(xué)子報考生命領(lǐng)域?qū)�業(yè)，談老以自己的稿酬和積蓄設(shè)立了“談家楨生命科學(xué)獎學(xué)金”，此后他多次用稿費(fèi)向獎學(xué)金捐資擴(kuò)充基金。

1992年6月，談家楨一行12人（7位科學(xué)家，5位家屬）應(yīng)臺灣中央研究院院長、著名物理學(xué)家吳大猷的邀請，作為大陸第一批科學(xué)家訪問臺灣。

1995年10月，就教育體制改革問題上書中央，受到江澤民總書記、李嵐清副總理等中央領(lǐng)導(dǎo)同志的關(guān)注和支持。

1997年4月，談家楨先生不顧年事已高，奔走于上海、浙江等地，考察了多家基因研究與產(chǎn)品開發(fā)單位。月，他寫信給江澤民總書記，大聲疾呼：中國人類基因資源流失情況已十分嚴(yán)重，如再不采取有力措施，基因資源將被掠奪殆盡。

1999年，當(dāng)選為紐約科學(xué)院名譽(yù)終身院士。

2008年11月1日7時18分，在上海華東醫(yī)院逝世，享年100歲。

研究工作主要涉及瓢蟲、果蠅、獼猴、人體、植物等的細(xì)胞遺傳、群體遺傳、輻射遺傳、毒理遺傳、分子遺傳以及遺傳工程等。堅持科學(xué)真理，把畢生精力貢獻(xiàn)給了遺傳學(xué)事業(yè)；為遺傳學(xué)研究培養(yǎng)了大批優(yōu)秀人才；建立了中國第一個遺傳學(xué)專業(yè)，創(chuàng)建了第一個遺傳學(xué)研究所，組建了第一個生命科學(xué)院。特別在果蠅種群間的演變和異色瓢蟲色斑遺傳變異研究領(lǐng)域有開創(chuàng)性的成就，為奠定現(xiàn)代綜合進(jìn)化理論提供重要論據(jù)。

在浙江大學(xué)任教期間他發(fā)現(xiàn)了瓢蟲色斑遺傳的鑲嵌顯性現(xiàn)象。引起國際遺傳學(xué)界的巨大反響，認(rèn)為是對經(jīng)典遺傳學(xué)發(fā)展的一大貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)30年代初起進(jìn)行亞洲異色瓢蟲色斑的遺傳變異研究和果蠅的細(xì)胞遺傳基因圖及種內(nèi)種間遺傳結(jié)構(gòu)的演變研究，為現(xiàn)代綜合進(jìn)化理論的創(chuàng)立作出了重大貢獻(xiàn)。尤其是異色瓢蟲等位基因嵌鑲顯性遺傳和果蠅性隔離形成的多基因遺傳基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)，引起國際遺傳學(xué)界的巨大反響，對中國遺傳學(xué)工作起了推動作用。20世紀(jì)60年代初在領(lǐng)導(dǎo)中蘇合作的彌猴輻射遺傳的研究以及20世紀(jì)70年代起致力于組織分子遺傳學(xué)和植物遺傳工程等研究，均取得了一些重要成果。

1951年加入中國民主同盟，歷任民盟第五、六、七屆中央副主席，民盟第八、九屆中央名譽(yù)主席，民盟第七、八、九、十屆上海市委主任委員。他是第三、四屆全國人大代表，第三屆全國政協(xié)委員，第五、六、七、八屆全國政協(xié)常委。

1979年起，任第五屆上海市政協(xié)副主席。

1983年至1998年，任上海市第八、九、十屆人大常委會副主任。

1978年以來，先后發(fā)起和擔(dān)任中國遺傳學(xué)會副會長、會長和名譽(yù)會長，遺傳學(xué)報主編，中國環(huán)境誘變劑學(xué)會理事長和中國生物工程學(xué)會會長。

曾任第八屆（1948年在瑞典）國際遺傳學(xué)大會常務(wù)理事，第十五屆（1983年在印度）、十六屆（1988年在加拿大）、第十七屆（1993年在英國）國際遺傳學(xué)大會副會長，1996年又當(dāng)選為于1998年在北京召開的第十八屆國際遺傳學(xué)大會會長。

1996年，當(dāng)選為在北京召開的第十八屆國際遺傳學(xué)大會會長。

他曾擔(dān)任過上海市第八、九、十屆人大常委會副主任，第五屆上海市政協(xié)副主席，中國民主同盟中央名譽(yù)主席，民盟上海市委員會名譽(yù)主委，中國科學(xué)院院士，復(fù)旦大學(xué)教授、副校長。

談先生為中國遺傳學(xué)的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，是我校生命科學(xué)學(xué)院的奠基人，他在復(fù)雜的政治形勢下，堅持真理，建立了中國第一個遺傳學(xué)專業(yè)，第一個遺傳學(xué)研究所，第一個生命科學(xué)學(xué)院；晚年的談先生上書中央，對中國遺傳資源的保護(hù)及人類基因組研究起到了關(guān)鍵的推動作用。（中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)副校長金力院士評）

2016年5月28日，談家楨先生的銅像揭幕儀式在復(fù)旦大學(xué)江灣校區(qū)生命科學(xué)學(xué)院舉行。

2013年11月1日，紀(jì)念談家楨先生誕辰105周年座談會在復(fù)旦大學(xué)逸夫科技樓隆重舉行。