1917年10月26日，生于江蘇省儀征縣。

1940年，畢業(yè)于浙江大學(xué)園藝系，獲學(xué)士學(xué)位。

1941-1942年，在貴州鄉(xiāng)政學(xué)院園藝系讀研究生。

1946-1948年，在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)植物系讀研究生。

1948-1951年，在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)動(dòng)物系讀研究生兼助教，獲哲學(xué)博士學(xué)位。

1951-1952年，任美國(guó)哥倫比亞大學(xué)動(dòng)物系副研究員。

1953-1954年，任美國(guó)哥倫比亞大學(xué)生物化學(xué)系研究員。

1955年6月，回國(guó)。

1955年9月-1955年10月，任中國(guó)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)生物研究所副研究員。

1955年10月-1959年，任中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所副研究員兼室主任。

1959年-1963年，任中國(guó)科學(xué)院生物實(shí)驗(yàn)中心負(fù)責(zé)人、研究員。

1973年-1978年，任中國(guó)科學(xué)院遺傳研究所研究員。

1978年- ，任中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員，兼任復(fù)旦大學(xué)教授，浙江大學(xué)教授、室主任，杭州大學(xué)教授。

2010年12月14日，逝世。

用高精度、高靈敏度定量定位法證實(shí)胚胎發(fā)育雙梯度的理論，是國(guó)際上最早發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)DNA的科學(xué)家之一是首先用受精卵作DNA受體細(xì)胞探討DNA的作用，為高等動(dòng)物遺傳轉(zhuǎn)化打下基礎(chǔ)，并首先發(fā)現(xiàn)分離染色質(zhì)可以形成細(xì)胞核。1985年提出以動(dòng)物個(gè)體尤其是哺乳類的乳腺作為生物工程發(fā)酵罐并與其合作者獲得了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物與合作者對(duì)染色體鞘，及著絲粒進(jìn)行系列研究獲得并克隆了著絲粒DNA。

長(zhǎng)久以來(lái)，在形態(tài)上觀察到了兩棲類的受精卵和早期胚胎存在頭尾和背腹兩個(gè)梯度，但在胚胎學(xué)界對(duì)其在生理上是否也存在兩個(gè)梯度一直有爭(zhēng)議。施履吉以背部?jī)?nèi)陷之前的原腸期胚胎為材料，經(jīng)精確切割分成區(qū)域，并用靈敏度高的懸沉子測(cè)定儀測(cè)定各區(qū)域獲得了頭尾和背腹的呼吸梯度這一結(jié)果，得到了學(xué)術(shù)界的公認(rèn)。在這一研究工作中，他同時(shí)也發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)梯度的形成主要不是由于活性細(xì)胞質(zhì)的呼吸強(qiáng)度的差異。這期間，他還發(fā)現(xiàn)背唇對(duì)外胚層誘導(dǎo)時(shí)呼吸率也增高。在豹蛙和日本林蛙雜種中，外胚層的反應(yīng)能力和背唇的誘導(dǎo)能力都有缺陷時(shí)，外胚層的一切區(qū)域里呼吸作用也受到抑制。

兩棲類早期胚胎發(fā)育中有頭尾和背腹兩個(gè)梯度的確認(rèn)，結(jié)束了化學(xué)胚胎學(xué)和實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)者間的長(zhǎng)時(shí)間爭(zhēng)論。這一觀點(diǎn)多年來(lái)一直為多種胚胎學(xué)教科書(shū)、專著及有關(guān)論文所引用。

20世紀(jì)50年代初，許多證據(jù)說(shuō)明基因物質(zhì)就是DNA，DNA的分子結(jié)構(gòu)已發(fā)表，每個(gè)基因組的DNA含量恒定性也被發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌中用DNA進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的研究工作已相當(dāng)深入，人們認(rèn)為遺傳轉(zhuǎn)化就是外源基因或DNA片段置換了宿主細(xì)胞相應(yīng)的基因或DNA片段。然而基因組的DNA分子與染色體及染色體上的細(xì)胞器的關(guān)系尚不清楚。因?yàn)槿旧�體與基因、細(xì)胞及個(gè)體都是密切相關(guān)的，施履吉以染色體為主線將遺傳與發(fā)育聯(lián)系起來(lái)，提出兩個(gè)研究課題：高等動(dòng)物染色體的人工合成和遺傳轉(zhuǎn)化。1955年，他回國(guó)后即著手籌備進(jìn)行這兩個(gè)課題的工作。

高等動(dòng)物染色體的人工合成。染色體有三個(gè)基本特性：（1）自我復(fù)制；（2）染色體個(gè)性的保持；（3）子染色體精確地分配給兩個(gè)子細(xì)胞。當(dāng)時(shí)，自我復(fù)制的定位（DNA復(fù)制起始點(diǎn)的存在）尚屬未知，但他已推測(cè)是基因固有的特性。關(guān)于染色體的個(gè)性，由于麥克林托克的研究已定位于染色體的末端（現(xiàn)稱為端粒），而特性（3）則定位于著絲粒上。他設(shè)想在著絲粒和端粒的基礎(chǔ)上構(gòu)建染色體。因此，染色體的合成可歸結(jié)為先分離著絲粒和端粒，以及把它們與DNA復(fù)制單位組裝在一起。根據(jù)博維里對(duì)蛔蟲(chóng)的研究，生殖質(zhì)和體質(zhì)分離時(shí)染色體都斷裂為許多小染色體，休斯日施拉德及里斯等用X射線切斷具有分散著絲粒的染色體成小染色體后都可以復(fù)制，并被分配到子細(xì)胞中去。因此，他認(rèn)為分離著絲粒是可行的，他設(shè)想先提取總?cè)旧�質(zhì)，然后研究剪切的染色質(zhì)及其DNA，最后是組裝的DNA注射到受精卵后的行為。他推斷這樣具有著絲粒的染色質(zhì)片段在受精卵發(fā)育成胚胎時(shí)應(yīng)能擴(kuò)增，而其他不具有著絲粒的片段在細(xì)胞分裂過(guò)程中則會(huì)丟失。這樣著絲粒片段會(huì)因胚胎發(fā)育而被富集后，再?gòu)呐咛ブ蟹蛛x。

高等動(dòng)物的遺傳轉(zhuǎn)化。他認(rèn)為必須轉(zhuǎn)化到受精卵，這樣才能使胚胎所有細(xì)胞或大多數(shù)細(xì)胞都具有置換的基因，在表型上有所顯示。為此，1957年，他一方面從蘇聯(lián)引入黑色和白色的美西螈；另一方面用黑斑蛙受精卵進(jìn)行第一階段的工作，用顯微注射提純的染色質(zhì)和DNA，先找出一個(gè)對(duì)正常個(gè)體發(fā)育沒(méi)有影響的DNA的注射量，然后再在這基礎(chǔ)上進(jìn)行正式的黑白美西螈的遺傳轉(zhuǎn)化研究，以避免因注射過(guò)量而導(dǎo)致異常甚至不能發(fā)育。1957-1958年，他注射同源染色質(zhì)或DNA至蛙卵，發(fā)現(xiàn)超過(guò)一定量后會(huì)產(chǎn)生各種異常的胚胎，異常胚胎出現(xiàn)的比例隨著注射量的增大而遞增。他還注射提純?nèi)旧�質(zhì)到受精卵，發(fā)現(xiàn)前者可以在卵內(nèi)組裝成細(xì)胞核。

正當(dāng)他用美西螈提取DNA進(jìn)行深入的遺傳轉(zhuǎn)化，用蛙DNA作核組裝，以及剪切染色質(zhì)等進(jìn)行著絲粒增殖研究時(shí)，由于“文化大革命”他的工作被迫中斷。1957-1958年的工作，說(shuō)明他是國(guó)際上第一個(gè)意識(shí)到用受精卵進(jìn)行多細(xì)胞動(dòng)物遺傳轉(zhuǎn)化的人，也是國(guó)際上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)提純?nèi)旧�質(zhì)可以組裝成細(xì)胞核的人。

1976年“文化大革命”結(jié)束后，他和他的合作者及學(xué)生恢復(fù)了高等動(dòng)物染色體的人工合成和遺傳轉(zhuǎn)化的研究，并結(jié)合現(xiàn)代生物學(xué)的進(jìn)展情況，對(duì)過(guò)去的設(shè)想作了修改，擴(kuò)大了思路，增加了新的研究?jī)?nèi)容。將以上考慮歸納在一起，1981年他提出高等動(dòng)物染色體遺傳信息改造的研究計(jì)劃，分兩個(gè)部分：第一部分是高等動(dòng)物染色體的人工合成，在中國(guó)科學(xué)院的支持下，“六五”期間開(kāi)展第一階段計(jì)劃“著絲粒的結(jié)構(gòu)與功能的研究”，在富集、分離、檢測(cè)和鑒別著絲粒等方面作了深入研究，闡明了著絲粒結(jié)構(gòu)與功能�！捌呶濉逼陂g開(kāi)始進(jìn)入第二階段“真核染色體型載體的研究”，建立了富集著絲粒DNA的方法，利用富集著絲粒DNA含有著絲粒DNA進(jìn)行了著絲粒DNA的克隆，建立著絲粒DNA文庫(kù)及幾種檢測(cè)方法，并與陳常慶教授合作已將合成的小片段及連接小片段為較大片段的端粒DNA克隆到PUC18及PUC19中。這項(xiàng)工作仍在繼續(xù)深入研究中。第二部分，關(guān)于高等動(dòng)物的遺傳轉(zhuǎn)化，結(jié)合現(xiàn)在的動(dòng)態(tài)和條件，將研究對(duì)象從兩棲類轉(zhuǎn)為哺乳類，建立了家兔個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)。

1980年，國(guó)際上轉(zhuǎn)基因小鼠試驗(yàn)成功。1983年，施履吉考慮轉(zhuǎn)基因研究與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，修改了原先研究遺傳轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)材料，改為探討用高等哺乳動(dòng)物個(gè)體代替生物反應(yīng)器的可行性。1984年，他考慮到基因工程產(chǎn)品的成本很高，主要是生物反應(yīng)器（即精密的發(fā)酵罐）投資很大。另外，生產(chǎn)基因工程產(chǎn)品中培養(yǎng)液的費(fèi)用也相當(dāng)大。因此，他提出把家畜看作一個(gè)發(fā)酵罐，以家畜的飼料代替價(jià)格昂貴的培養(yǎng)基，借此解決降低基因工程成本。這是國(guó)際上首次提出以家畜個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)當(dāng)做生物反應(yīng)器。他提出這個(gè)設(shè)想后。1986年，在他的主持下，組織了中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞生物學(xué)研究所、發(fā)育生物學(xué)研究所和江蘇農(nóng)學(xué)院、生物物理研究所、遺傳學(xué)研究所等6個(gè)單位的科技人員，開(kāi)始實(shí)施“哺乳動(dòng)物個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)的研究”。當(dāng)時(shí)以轉(zhuǎn)基因牛為對(duì)象，以兔為假母保存牛轉(zhuǎn)基因受精卵。牛個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)各關(guān)鍵工藝的環(huán)節(jié)大部已建成，但因經(jīng)費(fèi)不足而中斷改為建立兔的個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)。他考慮到轉(zhuǎn)基因兔的應(yīng)用，選用乙肝病毒表面抗原基因作為轉(zhuǎn)化基因。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的生產(chǎn)是復(fù)雜的工藝體系。首先，構(gòu)建了含乙肝表面抗原基因的兩種載體，通過(guò)顯微注射導(dǎo)人供體兔受精卵雄性原核，然后將它移入受體兔（假母）的輸卵管進(jìn)入子宮發(fā)育，直至分娩出轉(zhuǎn)基因兔。獲得的轉(zhuǎn)基因兔經(jīng)分子雜交和免疫酶標(biāo)方法測(cè)定，57%具有整合的乙肝表面抗原基因，32%的血液中有此抗原基因的表達(dá)產(chǎn)物。這些結(jié)果顯示用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物代替生物反應(yīng)器，以降低遺傳工程產(chǎn)品的生產(chǎn)成本的設(shè)想是完全可行的。從家兔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，轉(zhuǎn)入的外源基因能遺傳至子代以及能在子代中表達(dá)。在轉(zhuǎn)乙肝病毒表面抗原基因兔的子代中73.3%含有整合到親代的基因，15.4%有此基因的表達(dá)，表明利用轉(zhuǎn)基因，能克服種間壁壘（對(duì)常規(guī)育種技術(shù)而言），培育出用常規(guī)育種方法所不能育出的新品種。

這項(xiàng)科技成果，對(duì)家畜育種、哺乳動(dòng)物基因工程等有重要意義，獲1990年中國(guó)科學(xué)院科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

先后在國(guó)內(nèi)外發(fā)表論文共四十多篇。

《家兔個(gè)體表達(dá)系統(tǒng)的建立》（《遺傳學(xué)報(bào)》施履吉等） 1993, 20: 122-134.

1980年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士（學(xué)部委員）。

著名細(xì)胞生物學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士，全國(guó)政協(xié)第五、六屆委員，中國(guó)科學(xué)院前北京生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中心創(chuàng)始人，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員施履吉因病醫(yī)治無(wú)效，不幸于2010年12月14日12時(shí)06分在上海華東醫(yī)院逝世，享年94歲。

施履吉教授是一位杰出的科學(xué)家，他熱愛(ài)祖國(guó)，澹泊名利，學(xué)識(shí)淵博，遠(yuǎn)見(jiàn)卓識(shí)，耕耘不息，是我國(guó)細(xì)胞生物學(xué)事業(yè)的主要推動(dòng)者之一。他力推科學(xué)前沿，提攜青年才俊，輝煌的一生為科學(xué)事業(yè)，尤其為我國(guó)的生命科學(xué)事業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。