1944年，于敏考入北京大學工學院；1949年，畢業(yè)于北京大學；1951年，研究生畢業(yè)于北京大學，同年任職于中國科學院近代物理研究所，從事核理論研究工作；1956年，晉升為副研究員；1961年1月，參加氫彈理論的預先研究；1965年1月，任第九研究設計院理論部副主任；1966年12月28日，完成氫彈原理試驗，掌握了氫彈原理，次年6月17日，中國第一顆氫彈在羅布泊沙漠腹地爆炸成功；1980年，當選中國科學院學部委員（院士），同年任核武器研究院副院長、核武器理論研究所所長；1983年12月，任中國工程物理研究院科技委副主任；1986年5月任能源部核工業(yè)總公司科技委副主任。

20世紀50年代，于敏率先開展原子核物理理論研究，與合作者提出了原子核相干結構模型，填補了中國原子核理論的空白。20世紀60年代起，投身于中國核武器事業(yè)，長期領導并參加核武器的理論研究和設計。在氫彈突破中，他組織領導攻關小組發(fā)現(xiàn)了實現(xiàn)氫彈自持熱核燃燒的關鍵，找到了突破氫彈的技術途徑，形成了從原理、材料到構型完整的氫彈物理設計方案，帶領科研隊伍完成了核裝置的理論設計，并定型為中國第一代核武器。20世紀70年代起，他在倡導、推動國防高科技項目尤其是中國慣性約束核聚變研究中發(fā)揮重要作用。20世紀80年代起，他開創(chuàng)了慣性約束聚變和X光激光等領域的研究，引領中國相關研究進入新階段。

在核武器小型化突破中，于敏領導突破了氣態(tài)引爆彈（初級）原理和高比威力次級原理。作為小型化關鍵的氣態(tài)引爆彈主要負責人，他主持研究并解決了裂變材料的壓緊、中子注入及其增殖規(guī)律、氘氚點火燃燒規(guī)律、輕重介質混合對聚變的影響、高能中子裂變反饋規(guī)律等一系列關鍵問題，提出了加大兩個關鍵環(huán)節(jié)設計裕量的具體措施。氣態(tài)引爆彈的研制成功，為中國第二代核武器的研制奠定了可靠基礎。

在中子彈突破中，于敏作為主要領導人和參加者，提出了中子彈的設計指標，明確了中子彈探索的主攻方向，指出了某些關鍵技術問題和難點，研究了熱核反應中等離子體過程，分析了中子彈的反應規(guī)律并歸納為三個階段，提出了判斷聚變點火裕量的主要判據(jù)和提高裕量的措施。

在核武器基礎理論發(fā)展中，于敏揭示了武器核反應內爆過程的運動規(guī)律，解決了輻射與物質的相互作用及馳豫過程、輻射波與沖擊波的傳播規(guī)律等一系列基礎問題。

在核武器發(fā)展戰(zhàn)略中，于敏與鄧稼先提出了“加快核試驗進程”建議。建議書提前規(guī)劃了中國核試驗的部署，使黨中央做出果斷決策，為中國爭取了寶貴的10年核試驗時間，為提升中國核武器水平、推動核武器裝備部隊并形成戰(zhàn)斗力發(fā)揮了極為重要的前瞻性作用。針對禁核試，提出了以精密實驗室實驗等幾個方面支撐禁核試后武器研究的設想，該建議被采納并演化為中國核武器事業(yè)發(fā)展的四大支柱，是中國核武器事業(yè)發(fā)展的指導思想。