미국 오하이오주 신시내티 출생의 과학사학자이자 과학철학자이다. 철학, 심리학, 언어학, 사회학 등 여러 분야를 섭렵하여 과학철학에 큰 업적을 남겼다. 1943년 하버드대에서 물리학 전공으로 최 우등 졸업하고, 1949년 물리학 박사학위를 받았지만 과학사로 관심을 돌린다. 버클리(1956~1964), 프린스턴(1964~1979), MIT(1979~1991) 등에서 과학사와 과학철학을 강의했고, 73세이던 1996년에 후두암으로 사망했다. 주요 저서로는 『코페르니쿠스 혁명』(1957), 『흑체 복사이론과 양자 불연속성, 1894∼1912』(1978), 과학철학적 주제를 모은 논문집『주요한 긴장』(1977) 등이 있고, 『과학혁명의 구조』에서 처음 제시한 개념인 '패러다임(paradigm)'은 여러 학문 분야에서 널리 이용되고 있다.

경기여자고등학교와 서울대학교 문리과대학 화학과를 졸업(1966)한 뒤, 미국 버지니아 대학교에서 이학박사 학위(1971)를 받았다. 이후 30여 년 간 숙명여자대학교 교수, 명지대학교 석좌교수, 서울대학교 기술정책대학원과정 CEO 초빙교수, KAIST 과학기술정책대학원 초빙(특훈)교수로 화학과 과학사, 환경정책, 과학기술정책을 강의했다. 김대중 대통령 정부에서 환경부 장관(1999. 6-2003. 2)으로 임명되어 ‘국민의 정부 최장수 장관’과 ‘헌정 최장수 여성장관’으로 2001년 제1회, 2002년 제2회 법적 근거에 의한 정부부처 업무평가에서 환경부를 최우수 부처(대통령 표창)로 이끌었다. 이후 제17대 비례대표 국회의원(2004. 4-2008. 5)으로 선출되어 국방위원회 간사를 지내며 ‘군인복지기본법’ 등을 제정했고, 국회윤리특별위원장 등을 지냈다. 1980년대부터 공공과 민간 부문에서 국가과학기술자문위원, 국민경제자문위원, 동북아경제중심추진위원, 사회통합위원, UNESCO 한국위원, 중앙교육심의위원, KBS 객원해설위원, (사)그린코리아21포럼 이사장, 한국여성과학기술인지원센터 이사장, 지속가능발전기업협의회(KBCSD) 회장, 사회복지공동모금회 부회장, 기획재정부 KSP 수석고문, 아산정책연구원 이사, ICAPP(아시아정당국제회의) 공동조직위원장, 호스피스 국민본부 공동 대표 등 300여 개의 위원회에 참여했다.

현재 한국환경한림원 이사장, 홍릉포럼 이사장, 한국과학기술한림원 이사, 김대중 평화센터 이사, 아산사회복지재단 이사, 유민문화재단 이사, 서울국제포럼 이사, 대한민국 헌정회 고문, 서울대학교 총동창회 부회장 등을 맡고 있다. 2016년 한국 과학기술단체 총연합회 50년 역사상 최초의 여성 회장으로 선출되어 300여 회의 정책 포럼 등을 진행했고, 베이징 소재 아시아인프라투자은행(AIIB)의 국제 자문위원을 맡고 있다. 저서로는 『원자력 딜레마』, 『사용후핵연료 딜레마』(공저), 『원자력 트릴레마』(공저), 『현대 사회와 과학』, 『동서양의 과학전통과 환경운동』, 『과학기술의 세계』, 역서로는 『과학혁명의 구조(The Structure of Scientific Revolutions)』, 『엔트로피(Entropy)』, 『앞으로 50년(Your next fifty years)』 등이 있다. 2015년 ‘과학기술훈장 창조장’ 대통령상, 2015년 ‘자랑스러운 서울대인상’, ‘대한민국 과학기술상 진흥상’ 대통령상(1994), 제1회 ‘닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인상’(2002), 청조근정훈장(2004) 등을 수상했다.

물리학을 전공하던 학부생 시절 물리 공부는 안 하고 마르크스, J. D. 버날, T. S. 쿤의 저서를 잡다하게 읽다가 과학사를 시작했다. 과학의 역사 자체에 흥미가 있었다기보다는, 과학의 역사를 공부함으로써 어떻게 더 괜찮은 사회를 만들 수 있는가라는 문제와 왜 자연은 수학을 통해 이해되는가라는 문제에 대한 답을 얻으려 했다. 돌이켜보면 첫 번째 문제는 정책의 문제고 두 번째는 철학의 문제인데, 정작 정책과 철학은 입문하지도 못했다. 그 뒤로 흥미로운 문제를 좇아 공부하다 보니 관심의 초점이 과학사에서 기술사로, 과학기술사에서 Science, Technology and Society(STS1)로, STS1에서 Science and Technology Studies(STS2)로 바뀌었다. 이 과정에서 인간 이후의 포스트휴먼과 휴머니즘 이후의 포스트휴머니즘에 매력을 느끼고 포스트휴먼 시대를 연구하고 있다.

서울대학교 과학학과 교수. 서울대학교 물리학과를 졸업하고 동 대학원 과학사 및 과학철학 협동과정에서 석사·박사학위를 받았다. 캐나다 토론토대학교에서 조교수를 거쳐 종신교수가 되었고, 이후 서울대학교 생명과학부 교수로 재직하며 과학사 및 과학철학 협동과정에서 강의와 연구를 수행했다. 2015년에 서울대학교 자연과학대학에 [과학기술학 연계전공]을 개설해서 첫 주임교수를 맡았고, 2022년 신설된 과학학과의 초대 학과장을 역임했다. 학부와 대학원에서 “과학기술과 사회”, “과학커뮤니케이션” 등의 수업을 진행하고 있으며, 세월호 참사, 가습기살균제 참사와 포스트휴머니즘에 대해서 관심을 갖고 논문과 책을 집필했다. 저서로는 『실험실의 진화』, 『홍성욱의 STS, 과학을 경청하다』, 『홍성욱의 그림으로 읽는 과학사』, 『인간의 얼굴을 한 과학』 등이 있고, 함께 쓴 책으로는 『4차 산업혁명이라는 유령』, 『융합이란 무엇인가』, 『슈퍼휴머니티』, 『21세기 교양, 과학기술과 사회』 등이 있다. 함께 옮긴 책으로는 『판도라의 희망』, 『과학혁명의 구조』 등이 있다.