1982年，萬衛(wèi)星畢業(yè)后就讀和工作于中科院武漢物理所，師從我國著名空間物理學(xué)家李鈞院士。

1989年，獲博士學(xué)位，并留所工作，歷任該所助理研究員、副研究員、研究員、研究室主任。他在武漢學(xué)習(xí)工作期間已經(jīng)顯示出卓越的才能，承擔(dān)并完成了近20項(xiàng)國家重大重點(diǎn)基礎(chǔ)課題和國防工程項(xiàng)目研究，發(fā)表了100多篇學(xué)術(shù)論文。

2004年起，由于中科院進(jìn)行學(xué)科整合，萬衛(wèi)星帶領(lǐng)電離層物理研究室的主要骨干由武漢遷往北京，在中科院地質(zhì)與地球物理研究所成立地磁與空間物理研究室，并擔(dān)任研究室主任至今。 

九三學(xué)社第十四屆中央委員會(huì)委員；第十三屆全國人大代表，第十三屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)委員，第十三屆全國人民代表大會(huì)環(huán)境與資源保護(hù)委員會(huì)委員。

2018年3月18日，第十三屆全國人民代表大會(huì)第一次會(huì)議，選舉萬衛(wèi)星為第十三屆全國人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)委員。

2018年3月，當(dāng)選為第十三屆全國人民代表大會(huì)環(huán)境與資源保護(hù)委員會(huì)委員。

先后獲得湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和國家發(fā)明獎(jiǎng)四等獎(jiǎng)，湖北省自然科學(xué)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)、武漢市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和國防科技獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，獲得湖北省有突出貢獻(xiàn)中青年專家稱號(hào)等榮譽(yù)；1992年獲國務(wù)院政府津貼，1995年獲得國家杰出青年科學(xué)基金資助。

此外獲得中科院院長獎(jiǎng)學(xué)金特別獎(jiǎng)、中國青年科技獎(jiǎng)等，并入選全國“百千萬人才工程”1995/1996年度一、二級(jí)人選。

主要從事電離層物理、電離層電波傳播、高層大氣物理等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究，在電離層與大氣層的耦合等重大科學(xué)問題的研究中取得了重要突破和系列成果。他通過長期觀測，發(fā)現(xiàn)我國電離層擾動(dòng)主要有東北、東南兩種優(yōu)勢(shì)傳播方向，進(jìn)一步分析得出其激發(fā)源分別位于青藏高原的東南、東北緣的地形突變處，并推測與青藏高原鄰近地區(qū)低渦天氣事件有密切關(guān)系。這一系統(tǒng)性的工作以第一手觀測資料揭示出我國電離層擾動(dòng)的地域特性，并且將電離層擾動(dòng)與相關(guān)氣象活動(dòng)及大尺度地形地貌聯(lián)系起來，為電離層與其他地球?qū)W科的交叉提供了一條創(chuàng)新思路；針對(duì)“低緯電離層周期性四波經(jīng)度結(jié)構(gòu)”這一當(dāng)今電離層物理中極為前沿的科學(xué)問題進(jìn)行了系列研究，率先在物理成因方面取得了突破，觀測模擬并舉，深入揭示了其與大氣動(dòng)力過程的緊密聯(lián)系；利用衛(wèi)星及全球地基觀測資料，揭示并解釋了“四波”的日變化特征，系統(tǒng)總結(jié)了“四波”的氣候?qū)W特性，得出了“四波”與大氣潮汐DE3模的相關(guān)性，從而給出了關(guān)于電離層“四波”結(jié)構(gòu)與大氣層潮汐關(guān)系最有力的直接證據(jù)；利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)及地基觀測資料，發(fā)現(xiàn)了太陽風(fēng)磁場通過極區(qū)電離層電場的耦合對(duì)電離層偶發(fā)E層形成的控制，并提出電場隨機(jī)性在Es形成過程中具有決定作用；將實(shí)驗(yàn)觀測與基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于工程實(shí)際，解決了“921工程”定軌等多項(xiàng)國防重大重點(diǎn)工程中的電離層修正難題；特別是領(lǐng)導(dǎo)承擔(dān)了“北斗一號(hào)”工程中的“電波傳播修正子系統(tǒng)”的研制任務(wù)，創(chuàng)造性地提出了一種大面積電離層電波傳播修正模式，充分利用系統(tǒng)本身的資源，高精度、高可靠性地解決了工程系統(tǒng)的電波修正問題，被譽(yù)為是“北斗一號(hào)”工程地面應(yīng)用系統(tǒng)中兩個(gè)最具有技術(shù)創(chuàng)新的系統(tǒng)之一。

1、電離層擾動(dòng)的高頻無線電廣義射線反演，獲中科院自然科學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

2、中國電離層擾動(dòng)地區(qū)特性研究，獲湖北省自然科學(xué)三等獎(jiǎng)。

3、GPS動(dòng)態(tài)定位的理論與實(shí)驗(yàn)，獲得武漢市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

4、“北斗一號(hào)”大面積電波傳播誤差修正系統(tǒng)，獲國防科技成果三等獎(jiǎng)。