中国能在那样短的时间和那样差的基础上研制成“两弹一星”（前苏联8年、美国6年、法国4年、中国2年8个月），西方人感到不可思议。正是由于中国有了这样一批勇于奉献的知识分子，才挺起了坚强的民族脊梁。
1924年6月25日，邓稼先出生于安徽省怀宁县城外的邓家大屋，也叫铁砚山房的祖居内。其父邓以蛰当时是清华大学及北京大学文学院教授，与杨振宁父亲杨武之是多年至交，母亲王淑蠲操持家务。邓以蛰四个子女，邓稼先排行第三。邓稼先出生8个月以后，随母亲和两个姐姐来到北平（即北京）。1936年，邓稼先考入北平崇德中学初中二年级，读至高一（因抗日战争，崇德中学在1939年停办）。这三年，他在英文、数学、物理方面打下了良好的基础。在崇德中学，邓稼先与高他两班的杨振宁成为好友。
邓稼先的少年时光生活在国难深重的年代，七七事变以后，日本侵略军进入了北平城。不久北大和清华都撤向南方，邓稼先的父亲身患肺病，咳血不止，全家滞留下来。1939年9月，邓稼先再入北平志成中学，读高中二年级。1940年5月，邓稼先为避迫害，未读完高二，辗转到达昆明。7-9月，邓稼先在昆明升学补习班学习。9月，邓稼先进入四川江津国立第九中学，读高中三年级至毕业。
1941年邓稼先进入了国立西南联合大学。西南联大成立于抗战极端困难时期，由清华大学、北京大学、南开大学三校合并而成，条件简陋，生活清苦。尽管如此，联大却有非常良好的学术空气，先后培养出了不少优秀人才。邓稼先受业于王竹溪、郑华炽等著名教授，以良好的成绩圆满完成了大学四年的学业。
抗日战争胜利时，邓稼先拿到了毕业证书，在昆明参加了中国共产党的外围组织“民青”，投身于争取民主、反对国民党统治的斗争。翌年，他回到北平，受聘担任了北京大学物理系助教，并在学生运动中担任了北京大学教职工联合会主席。
邓稼先虽在北京大学教学，但他想的是，要到科学水平更高的美国去，学习、掌握更先进的知识后报效祖国。抱着学更多的本领以建设新中国之志，他于1947年通过了赴美研究生考试，于翌年秋进入美国印第安那州的普渡大学研究生院。他学习成绩突出，不足两年便读满学分，并通过论文答辩，仅用一年多的时间他就获得了博士学位。此时他只有26岁，人称“娃娃博士”。
邓稼先留学的时候，生活很艰苦，开始没有奖学金，吃饭不敢按饭量吃，只能按钱吃。有一段时间，他和洪朝生（后在科学院低温物理中心工作）合住在一位美国老太太的阁楼里，有一次他俩去吃饭，两份牛排端上来后，邓稼先看了看，对洪朝生说：“我这块小，你那块大。”洪朝生就把自己那份给了邓稼先。
邓稼先的成就，也纳入了美国政府的视线，他们打算用更好的科研条件、生活条件把他留在美国，他的老师也希望他留在美国，同校好友也挽留他，但邓稼先均婉言谢绝了。1950年10月，他放弃了优越的工作条件和生活环境，和二百多位专家学者一起回到国内。
1958年8月，邓稼先调到新筹建的核武器研究所任理论部主任，负责领导核武器的理论设计，随后任研究所副所长、所长，核工业部第九研究设计院副院长、院长，核工业部科技委副主任，国防科工委科技委副主任。10月16日，以聂荣臻为主任的国防科学技术委员会成立。越来越多的仁人志士汇集到北京，紧张而有序地投入到这项秘密的工作中来。从此，邓稼先把全部的心血都倾注到任务中去。首先，他带着一批刚跨出校门的大学生，日夜挑砖拾瓦搞试验场地建设，硬是在乱坟里碾出一条柏油路来，在松树林旁盖起原子弹教学模型厅。在没有资料，缺乏试验条件的情况下，邓稼先挑起了探索原子弹理论的重任。为了当好原子弹设计先行工作的“龙头”，他带领大家刻苦学习理论，靠自己的力量搞尖端科学研究。邓稼先向大家推荐了一揽子的书籍和资料，他认为这些都是探索原子弹理论设计奥秘的向导。由于都是外文书，并且只有一份，邓稼先只好组织大家一起阅读，一人念，大家译，连夜印刷。为了解开原子弹的科学之谜，在北京近郊，科学家们决心充分发挥集体的智慧，研制出我国的“争气弹”。那时，由于条件艰苦，同志们使用算盘进行极为复杂的原子理论计算，为了演算一个数据，一日三班倒。算一次，要一个多月，算9次，要花费一年多时间。作为理论部负责人，邓稼先跟班指导年轻人运算。每当过度疲劳，思维中断时，他都着急地说：“唉，一个太阳不够用呀！”邓稼先不仅在秘密科研院所里费尽心血，还经常到飞沙走石的戈壁试验场。他冒着酷暑严寒，在试验场度过了整整8年的单身汉生活，有15次在现场领导核试验，从而掌握了大量的第一手材料。
1959年，邓稼先根据中央决策“自己动手，从头摸起，准备用8年时间搞出原子弹”，选定中子物理、流体力学和高温高压下的物理性质这三个方面作为研制中国第一颗原子弹的主攻方向。选对主攻方向，是邓稼先为中国原子弹理论设计工作做出的最重要贡献。
20世纪50年代末60年代初，中国处在严重的困难时期。对于中国的原子能事业来说，那是一个“卡脖子”的时代。1959年6月20日，苏共中央来信，拒绝提供原子弹数学模型和有关技术资料。8月23日，苏联又单方面终止两国签订的国防新技术协定，撤走全部专家，甚至连一张纸片都不留下，还讥讽说：“离开外界的帮助，中国20年也搞不出原子弹，就守着这堆废铜烂铁吧。”
为了记住那个撕毁合同的日子，中国第一颗原子弹的工程代号定名为“五九六”。在这以后的五年时间里，科学家们和工程技术人员克服了资料少、设备差、时间短、环境恶劣等常人难以想象的困难，迎来了中国原子弹研制工作的决战阶段。中国大西北昔日的荒凉景象，就连生存都是很难的。然而“五九六”的战士们凭着爱国心和革命的豪情壮志，硬是把青海、新疆、神秘的古罗布泊、马革裹尸的古战场建设成中国第一个核武器基地。
1962年9月11日，由罗瑞卿审定，二机部向中央打了一个“两年规划”的报告，此报告提出争取在1964年、最迟在1965年上半年爆炸中国的第一颗原子弹。此时，邓稼先和其同事拿出了原子弹理论设计方案，为中国核武器研究奠定了基础。
1963年2月，邓稼先在华北某地参与并指导了核试验前的轰炸模拟试验。9月，接聂荣臻元帅命令，邓稼先、于敏率领九院理论部研究原子弹的原班人马，承担中国第一颗氢弹的理论设计任务。
1964年10月，中国成功爆炸的第一颗原子弹，就是由邓稼先最后签字确定设计方案。他还率领研究人员在试验后迅速进入爆炸现场采样，以证实效果。
他又同于敏等人投入对氢弹的研究，按照“邓—于方案”，最后终于制成了氢弹，并于原子弹爆炸后的2年零8个月试验成功。