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家李鈞院士。

1989年，獲博士學位，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。他在武漢學習工作期間已經顯示出卓越的才能，承擔并完成了近20項國家重大重點基礎課題和國防工程項目研究，發(fā)表了100多篇學術論文。

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

九三學社第十四屆中央委員會委員；第十三屆全國人大代表，第十三屆全國人民代表大會常務委員會委員，第十三屆全國人民代表大會環(huán)境與資源保護委員會委員。

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

2018年3月，當選為第十三屆全國人民代表大會環(huán)境與資源保護委員會委員。

先后獲得湖北省科技進步獎一等獎和國家發(fā)明獎四等獎，湖北省自然科學獎三等獎、武漢市科技進步獎一等獎和國防科技獎三等獎，獲得湖北省有突出貢獻中青年專家稱號等榮譽；1992年獲國務院政府津貼，1995年獲得國家杰出青年科學基金資助。

此外獲得中科院院長獎學金特別獎、中國青年科技獎等，并入選全國“百千萬人才工程”1995/1996年度一、二級人選。

主要從事電離層物理、電離層電波傳播、高層大氣物理等領域的基礎研究，在電離層與大氣層的耦合等重大科學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)我國電離層擾動主要有東北、東南兩種優(yōu)勢傳播方向，進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的地域特性，并且將電離層擾動與相關氣象活動及大尺度地形地貌聯(lián)系起來，為電離層與其他地球學科的交叉提供了一條創(chuàng)新思路；針對“低緯電離層周期性四波經度結構”這一當今電離層物理中極為前沿的科學問題進行了系列研究，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)總結了“四波”的氣候學特性，得出了“四波”與大氣潮汐DE3模的相關性，從而給出了關于電離層“四波”結構與大氣層潮汐關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)了太陽風磁場通過極區(qū)電離層電場的耦合對電離層偶發(fā)E層形成的控制，并提出電場隨機性在Es形成過程中具有決定作用；將實驗觀測與基礎研究成果應用于工程實際，解決了“921工程”定軌等多項國防重大重點工程中的電離層修正難題；特別是領導承擔了“北斗一號”工程中的“電波傳播修正子系統(tǒng)”的研制任務，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，被譽為是“北斗一號”工程地面應用系統(tǒng)中兩個最具有技術創(chuàng)新的系統(tǒng)之一。

1、電離層擾動的高頻無線電廣義射線反演，獲中科院自然科學成果二等獎。

2、中國電離層擾動地區(qū)特性研究，獲湖北省自然科學三等獎。

3、GPS動態(tài)定位的理論與實驗，獲得武漢市科技進步一等獎。

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