物理學傢。1936年 1月27日生於美國密歇根州安阿伯，3個月後隨父母回中國，1956年到美國密歇根大學，在物理系和數學系學習，1960年獲碩士學位，1962年獲物理學博士學位。曾在瑞士歐洲核子中心工作一年。1964年起在美國國哥倫比亞大學工作。1967年起任麻省理工學院物理學系教授。他是美國科學院院士，實驗物理學傢，研究方向是高能實驗粒子物理學，包括量子電動力學、電弱統一理論、量子色動力學的研究。他所領導的實驗組先後在幾個國際實驗中心工作。
1965年起，丁肇中領導的實驗組在聯邦德國漢堡電子同步加速器（束流能量為7.5×109eV）上進行瞭關於量子電動力學和矢量介子 (ρ、ω、φ)的一系列出色的實驗工作，其中包括光生矢量介子、矢量介子衰變的研究、矢量為主模型的實驗檢驗、ρ、ω、φ 介子光生相位的測量和ρ、ω介子幹涉參數的精密測量等，推進瞭對矢量介子的認識（見介子）。還在實驗上證明瞭量子電動力學的正確性。
1972年夏，丁肇中實驗組利用美國佈魯克海文國傢實驗室的 3.3×1010eV 質子加速器尋找質量在（1.5～5.5）×109eV之間的長壽命中性粒子。
1974年，他們發現瞭一個質量約為質子質量3倍（質量為 3.1×109eV）的長壽命中性粒子。在公開發表這個發現時，丁肇中把這個新粒子取名為J粒子，“J”和“丁”字形相近，寓意這是中國人發現的粒子。與此同時，美國人B.裡希特也發現瞭這種粒子，並取名為ψ粒子。後來(1975)人們就把這種粒子叫作J/ψ粒子（見粲偶素）。J/ψ粒子具有奇特的性質，其壽命值比預料值大5000倍；這表明它有新的內部結構，不能用當時已知的 3種味的誇克來解釋，而需要引進第四種誇克即粲誇克來解釋。J/ψ粒子的發現大大推動瞭粒子物理學的發展。為此丁肇中和裡希特共同獲得1976年諾貝爾物理學獎。
1978年起，丁肇中領導一個包括中國在內的國際合作組──馬克·傑組，在漢堡電子同步加速器中心，在質心系能量為 (1.2～4.7)×1010eV的佩特拉對撞機上，進行高能正負電子對撞的物理實驗。1979年夏，發現瞭三噴註現象，為膠子的存在和量子色動力學提供瞭實驗依據。此外這個組還進行瞭高能量下量子電動力學的實驗檢驗及電磁作用與弱作用幹涉效應的實驗證明，後一工作為電弱統一理論提供瞭實驗證據。
從1981年起，丁肇中組織和領導瞭一個國際合作組──L3組，準備在歐洲核子中心預計在1988年建成的高能正負電子對撞機LEP上進行高能物理實驗，將在質心系能量為1011eV能區中尋找新粒子，特別是電弱理論預言的黑格斯粒子（見黑格斯機制），並研究Z0及其他粒子物理新現象。L3組目前共有包括中國在內的約13個國傢近400名物理學傢參加。
丁肇中熱心培養中國高能物理學人才，經常回國選拔年青科學工作者去他所領導的小組工作；並受聘為中國科學技術大學名譽教授，中國科學院高能物理研究所學術委員會委員。