1911年6月7日王竹溪（名治淇，号竹溪）出生于湖北省公安县麻豪口一书香世家，父亲和祖父都是清末秀才。他幼年在家乡曾先后随其舅父及长兄治昆等读四书、《诗经》、《左传》等书。1922年春入麻豪口小学，1922年秋到武昌入荆南中学补习班，1923年升入正式班。1926年夏毕业。在1922到1926年期间他除完成学校的课程外，还博览群书。曾先后学习《幼学琼林》、《庄子》、《老子》、《荀子》、《礼记》、《史记》、《汉书》等书，对《康熙字典》的切韵法颇感兴趣。他对数学特别爱好，喜读中国名家小说。从而奠定了少年启蒙知识的基础。
王竹溪1927年考入武昌第二中山大学理预班，1928年插入上海麦伦中学高二。
1929年夏，高中毕业，先后投考了清华大学和中央大学，在两校都录取的情况下，因慕梁启超之名，决定进清华大学学习物理学。王竹溪在班上最受叶企孙和周培源的器重。周培源对他的评语是：“对物理概念理解深入，并具有数学计算的特殊才能。”
1929年，考入清华大学土木工程系。入学一年后，因感自己对物理有兴趣，遂转入物理系。
1933年夏，在清华大学物理系毕业，同时考取研究生，进清华研究院，跟周培源研究湍流理论，1934年发表了第一篇论文《旋转体后的湍流尾流》。1933年，公费留学，同年8月到英国剑桥大学，师从福勒研究统计物理。在导师指导下，王竹溪在统计物理方面深入到当时国际科学前沿，潜心研究。
1935年，HA贝特(Bethe)发表超点阵统计理论，假设原子间只有近邻相互作用，讨论二元合金。王竹溪在此理论基础上对相似的吸附作用提出了统计理论，然后把其主要思想用于超点阵问题。
1938年夏，他获剑桥大学博士学位。博士论文为《吸附理论及超点阵理论的一个推广》(TheTheoryofAdsorptionandanExtensionoftheTheoryofSuperlattices)。1936至1938年间，他在英国的物理学刊物上发表论文6篇，如《有长程作用的吸附的统计理论》、《有长程作用的吸附动力学》等。
1938年夏，王竹溪回国，到昆明西南联合大学任清华大学教授，时年27岁。在西南联合大学的8年，是工作艰难、生活困苦的时期，也恰恰是王竹溪科学研究硕果累累、培养人才桃李芬芳的时期。他的关于热力学、统计物理以及生物物理方面一系列重要论文，在这时期相继发表于英国《皇家学会会刊》、《剑桥哲学学会会刊》、美国《物理评论》、美国《物理化学杂志》和《中国物理学报》等刊物。
在这期间他为祖国培养了大批有成就的理论物理工作者，其中有诺贝尔奖获得者杨振宁。杨振宁曾回忆说：“为了写硕士论文，我去找王竹溪先生。那时他是很年轻的教授，刚从英国回来不久。在王先生的指导下，我写了一篇论文，是关于统计力学的，这把我引到了统计力学的领域。以后四十年间，吴先生(大猷)和王先生引我走的两个方向——对称原理和统计力学——一直是我的主要研究方向。”
1938年夏，王竹溪以论文《吸附理论及超晶格理论的一个推广》获博士学位，旋即回国，到昆明西南联合大学任清华大学教授，时年27岁。在西南联合大学的8年，是工作艰难、生活困苦的时期，也恰恰是王竹溪科学研究硕果累累，培养人才桃李芬芳的时期。他的关于热力学、统计物理以及生物物理方面一系列重要论文，在这时期相继发表于英国《皇家学会会刊》、《剑桥哲学学会会刊》、美国《物理评论》、美国《物理化学杂志》和《中国物理学报》等刊物，而他最得意的学生，当首推在这一时期跟他做硕士论文的杨振宁。
1946年夏天，王竹溪随清华大学从昆明迁回北平。1949年1月，王竹溪被任命为清华大学物理系主任。
1952年全国高等院校调整，王竹溪到北京大学任物理系教授、理论物理教研室主任，1962年起，任北京大学副校长。王竹溪对我国物理学发展的贡献，绝大部分都是在北京大学的31年做出的。他著有物理论文近40篇。在有序无序相变理论方面有10篇，对贝特的理论做了重要的推广和补充。主要有：推广到包括长程作用，证明了应用巨配分函数的正确性以及提供了求得近似配分函数的方法等。在热力学方面论文11篇，主要贡献有：把普朗克二元溶液理论推广适用于多元溶液，推广普朗克理论到多元系研究一个有任意多个组元和任意多个***存相的物体系的稳定平衡问题以及在选定三相点的绝对温度后一些实际问题的研究。王竹溪的论文还涉及物理学史、基本物理常数问题以及汉字检索机器化方案等方面。出版的著作主要有《热力学》、《统计物理学导论》、《热力学简程》、《特殊函数概论》(与郭敦仁合著)、《统计物理学简明教程》、《简明十位对数表》以及《新部首大字典》等。他于1955年编著的《热力学》是我国自编的第一部热力教材。
1984年该书被评为全国优秀图书一等奖。1965年王竹溪和郭敦仁合著的《特殊函数概论》是一本为理论物理工作者编写的著作，该书包括常用的各种主要特殊函数的运算方法与基本特性。
1952年全国高等院校调整，王竹溪到北京大学任物理系教授、理论物理教研室主任。
王竹溪对我国物理学发展的贡献，绝大部分都是在北京大学的31年中做出的。
1951年，王竹溪任中国物理学会物理学名词委员会副主任，数年后改任主任，一直到他去世。物理学的名词和术语，是物理学家们交流物理思想和研究成果必不可少的媒介。由于近代物理学的发展起源于西方，绝大多数物理学名词都译自英、德或法文，审定汉语的物理学名词，既要求对物理学有深入透彻和完整全面的了解，又要求精通英、德、法语，更要求有深厚的汉语功底。王竹溪正好具备这三方面的专长，是担此重任最恰当的人选。在名词审定中最脍炙人口的一个例子，就是粲夸克的定名。粲夸克的英文是charm quark，先译为魅夸克，虽然意思差不多，但终究不够贴切。英文charm既有魔力和娇媚之意，又可作美好解。魅字只含前两种意思，不能释作美好，而且由于是常用字，容易引起误解。后来王竹溪建议改用稀见字粲，取《诗经·唐风·绸缪》“今夕何夕，见此粲者”句中“粲”字为美物之意，既表达了charm的原意，又与charm谐音，立即为大家所接受。又如classical physics定名为经典物理而不是古典物理，因为它是与相对论和量子论相对而言的，时至今日仍在发展之中，丝毫没有古老之意。英文classical在classical music中取古典之意，而在此却不能取古典之意，只能取经典之意。
在30多年中，王竹溪博采众议，主持审定物理学名词2．2万余条，为中国物理学名词的统一奠定了基础。在“文化大革命”期间，教学秩序十分混乱，而王竹溪仍然坚持指导了从欧洲到中国来学习中国物理学名词的研究生，为中外物理学的交流做出了贡献。他除了主持审定中国物理学名词外，还与数学家苏步青等人合编了《数学名词汇编（英汉对照》），于1964年在香港出版。
1955年，中国科学院设立学部，王竹溪当选为数理化学部（后为数学物理学部）学部委员(1994年起改称院士)。
在“文化大革命”期间，60岁的王竹溪被迫到江西鄱阳湖滨的鲤鱼洲做放牛翁。
1971年夏天，中美关系改善，杨振宁第一次回大陆探亲访友，要求拜见他在西南联合大学做研究生时的导师王竹溪，王竹溪才从鲤鱼洲回到北京。但是在鲤鱼洲的那段艰难生活，种下了后来使他过早去世的病根。
“文化大革命”结束后，王竹溪精神焕发，除了原来担任的各项工作外，又担负了更多更重的社会职务。
1978年，当选为中国物理学会副理事长和中国计量测试学会副理事长。
1978年秋，率中国大学代表团访问南斯拉夫和罗马尼亚
1979，年出任《中国科学》副主编，《中国大百科全书》总编辑委员会委员、物理学编辑委员会主任兼物理学综论编写组主编。同时，他还为科学出版社主编“现代物理学丛书”和“物理学基础知识丛书”，为原子能出版社主审《物理学词典》。
1981年夏，率中国代表团赴美出席国际精密测量与基本常数会议第二届大会。
1981年，国务院设立学位委员会学科评议组，王竹溪出任第一届学科评议组成员。
1981年，王竹溪被发现患肝炎病已到肝硬化的后期。1983年1月30日，王竹溪与世长辞，享年71岁。
杨振宁专程从美国赶来北京吊唁，国内外100多个单位和个人发来唁电或唁函。杨振宁致王竹溪眷属的唁电说：“竹溪师生平勤实诚正，是朋友和学生都十分敬佩的。他造就了许多科技人才。我对统计物理的兴趣即是受了竹溪师的影响。”李政道的唁电说：“我极其悲痛地获悉王竹溪教授逝世。……世界上失去了一位大科学家，中国失去了一位良师。”
1989年新加坡的世界科学(WorldScientific)出版公司出版了该书的英文版。杨振宁认为，“此书系统、清晰、扼要，正是王竹溪教授的风格和品格”。
王竹溪一生兴趣广泛，他不仅是物理学家和数学家，而且有深厚的中国语言文字和历史文化的根底。从20世纪30年代起他就研究中国的语言文字，于1943年发明了汉字新部首检字法，并于1979年进一步提出汉字检索新方案，成为研究汉字检索机器化之先锋。1988年，上海翻译出版公司和电子工业出版社联合出版了王竹溪的遗著《新部首大字典》，***收51100个汉字，多于《康熙字典》，是对汉文字学的重要贡献。王竹溪以一人之力独立完成此巨著，表现出他不仅具有深厚的学术造诣，而且具有超乎常人的勇气和毅力，这种精神堪为后人楷模。