１９２４年１２月生，湖北武漢人，１９５６年４月加入中國共産黨，１９５０年４月參加工作，１９７０年６月入伍，美國密執安大學研究生院物理系原子核物理專業研究生畢業，博士，研究員、教授，中國科學院院士，中國工程院院士。

    １９４１年至１９４２年在重慶中央大學物理系學習。１９４２年至１９４５年在西南聯合大學物理系學習。１９４５年至１９４６年任西南聯合大學物理系助教。１９４６年至１９５０年美國密執安大學研究生院物理系原子核物理專業研究生，並獲博士學位。１９５０年至１９５２年任北京大學物理系副教授。１９５２年至１９５３年任朝鮮停戰談判志願軍代表團外文秘書。１９５３年至１９５５年任東北人民大學物理系教授。１９５５年至１９５７年任北京大學物理系教授、物理研究室副主任。１９５７年至１９５９年任二機部四０一所（中國科學院原子能研究所）二室副主任、研究員。１９５９年至１９６４年任二機部第九研究所副所長。１９６４年至１９７０年任二機部第九研究院副院長。１９７０年至１９８２年任國防科委副主任。１９８２年至１９８５年任國防科工委科學技術委員會副主任。１９８５年至１９９１年任國防科工委科學技術委員會主任、國防科工委黨委常委，中國科協副主席。１９９１年任中國科協主席，國防科工委科學技術委員會主任、國防科工委黨委常委。１９９４年３月補選為第八屆全國政協副主席。１９９４年６月至１９９８年５月任中國工程院院長，１９９４年６月當選中國工程院主席團執行主席、院士、黨組書記。１９９５年至１９９９年１月任國務院學位委員會副主任委員。１９９５年５月任北京理工大學董事會名譽董事長。１９９５年１０月起任中國國際科學和平促進會會長。１９９６年５月被推舉為中國科協名譽主席。１９９８年３月至２００３年３月任第九屆全國政協副主席。

    是中共第九屆、十屆中央候補委員，第十一至十四屆中央委員，中共十五大代表；第三至五屆全國人大代表，第八屆全國政協常委。

    是中國原子彈、氫彈科技攻關組織領導者之一。曾參與了中國原子彈和氫彈的試驗和研製，後又相繼組織實施了核電站籌建（如秦山核電站）、核燃料的生産以及放射性同位素應用等項目的研究開發計劃，並參與了“８６３計劃”的制定與實施。還參與了“中國工程院”的籌建工作。

    １９８５年獲國家科技進步獎特等獎。１９８８年獲國家科學技術進步獎特等獎。曾獲何梁何利基金１９９６年度科學與技術成就獎。１９９９年，中共中央、國務院、中央軍委決定，授予他“兩彈一星功勳獎章”。

    ２００４年１２月，為表彰朱光亞對我國科技事業特別是原子能科技事業發展做出的傑出貢獻，國際小行星中心和國際小行星命名委員會批准將我國國家天文臺發現的、國際編號為１０３８８號小行星正式命名為“朱光亞星”。