阿瑟·康普頓1892年出生于美國(guó)俄亥俄州伍斯特的一個(gè)學(xué)術(shù)世家。父親伊萊亞斯·康普頓是伍斯特大學(xué)（現(xiàn)為伍斯特學(xué)院）的院長(zhǎng)。阿瑟·康普頓后來進(jìn)入這個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)。他的大哥卡爾·泰勒·康普頓也就讀同一所大學(xué)，并且同樣成為物理學(xué)家，后來曾擔(dān)任麻省理工學(xué)院的校長(zhǎng)。二哥威爾遜·H·康普頓是一名外交官，曾任華盛頓州立學(xué)院（現(xiàn)為華盛頓州立大學(xué)）校長(zhǎng)。

康普頓1913年取得伍斯特大學(xué)學(xué)士學(xué)位，1914年和1916年分別取得普林斯頓大學(xué)的碩士和博士學(xué)位。畢業(yè)后，康普頓先后在明尼蘇達(dá)大學(xué)短暫執(zhí)教一年、到匹茲堡一家公司當(dāng)工程師兩年、到劍橋大學(xué)當(dāng)研究員一年。1920年，他成為圣路易斯華盛頓大學(xué)的物理教授，1923年轉(zhuǎn)到芝加哥大學(xué)。

康普頓1918年開始研究X射線的散射。1922年，他發(fā)現(xiàn)X射線對(duì)自由電子發(fā)生散射時(shí)，光子的能量減少，而波長(zhǎng)變大。這一發(fā)現(xiàn)被稱為“康普頓效應(yīng)”或“康普頓散射”，后來又被他的研究生吳有訓(xùn)進(jìn)一步證實(shí)。由于這項(xiàng)成就，康普頓被授予1927年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1934年，康普頓擔(dān)任美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。

1941年，康普頓與美國(guó)科學(xué)研究與發(fā)展辦公室主任萬尼瓦爾·布什以及回旋加速器的發(fā)明者歐內(nèi)斯特·勞倫斯一起，接管了發(fā)展原子彈的計(jì)劃�？灯疹D負(fù)責(zé)其中的“S-1委員會(huì)”。這個(gè)委員會(huì)的任務(wù)是研究鈾的屬性以及制造方法。1942年，康普頓指定羅伯特·奧本海默為委員會(huì)的首席理論專家。委員會(huì)的工作在1942年夏天被美國(guó)軍方接管，并成為曼哈頓計(jì)劃的一部分。1941年12月7日，日本偷襲珍珠港之后，康普頓得到資助，在芝加哥大學(xué)研究钚，并且參與了一項(xiàng)目標(biāo)為在1945年1月制造出世界上第一顆原子彈的計(jì)劃。這項(xiàng)計(jì)劃后來未在預(yù)定日期達(dá)成，但僅晚了6個(gè)月�？灯疹D的實(shí)驗(yàn)室表面上被冠以“冶金實(shí)驗(yàn)室”的名稱，目標(biāo)是建造可將鈾轉(zhuǎn)變?yōu)轭械倪B鎖反應(yīng)堆，并設(shè)計(jì)原子彈。1942年12月，在芝加哥大學(xué)的斯塔格體育場(chǎng)，冶金實(shí)驗(yàn)室一組由恩里科·費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)核反應(yīng)堆的第一次持續(xù)的核連鎖反應(yīng)。整個(gè)戰(zhàn)爭(zhēng)期間，康普頓一直扮演著重要的科學(xué)顧問和管理者的角色。他曾在1942年擔(dān)任美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)的會(huì)長(zhǎng)。

戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后不久，康普頓于1946年回到圣路易斯華盛頓大學(xué)，成為該大學(xué)的第9任校長(zhǎng)。在康普頓的任內(nèi)，圣路易斯華盛頓大學(xué)于1952年正式在本科生中廢止了種族隔離制度，又委任了第一名女教授。由于戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后大批退伍軍人回到美國(guó)，圣路易斯華盛頓大學(xué)也在當(dāng)時(shí)達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的注冊(cè)學(xué)生數(shù)�？灯疹D在科學(xué)界的聲望和人脈幫助他為該大學(xué)招來許多知名的科研人員。盡管如此，后來有歷史學(xué)家批評(píng)康普頓在該大學(xué)實(shí)現(xiàn)種族融合的過程過于緩慢，使這所大學(xué)成為圣路易斯主要的高等院校中最晚向非洲裔美國(guó)人開放的一所。康普頓在1953年辭去校長(zhǎng)職務(wù)，但仍保留教職，直到1961年退休。

除了諾貝爾物理獎(jiǎng)以外，康普頓還先后獲得過拉姆福德獎(jiǎng)（1926年）、休斯獎(jiǎng)?wù)拢?940年）和富蘭克林獎(jiǎng)?wù)拢?940年）等獎(jiǎng)項(xiàng)。為紀(jì)念這位物理學(xué)家，有多項(xiàng)事物以其名字命名。月球上的康普頓環(huán)形山的命名是為了紀(jì)念阿瑟·康普頓和他的兄長(zhǎng)卡爾·康普頓。圣路易斯華盛頓大學(xué)的物理研究大樓也以其名字命名。芝加哥大學(xué)有學(xué)生宿舍樓被稱為康普頓宿舍�？灯疹D在芝加哥的舊居被列入美國(guó)國(guó)家歷史古跡。美國(guó)國(guó)家航空航天局把大型軌道天文臺(tái)計(jì)劃中的伽瑪射線天文衛(wèi)星命名為康普頓伽瑪射線天文臺(tái)。