1927年11月12日出生于浙江省绍兴县，毕业于浙江大学土木系，获工学士学位。自1950年起即投身中国水电事业，任中国第一座大型水电站新安江水电站的设计总工程师，以后致力于中国水电建设及坝工工程达45年，先后参加一大批大型工程的设计、科研和审查工作，包括宏伟的三峡工程。可以说，中国一些著名的水电工程都凝聚有他的智慧与心血，从而成为中国坝工和水电工程师先驱者之一。在他的不倦努力下，在坝工和水电领域中发展了许多新的理论概念和分析方法，许多新技术得到应用，例如大宽缝重力坝、溢流式双曲拱坝、溢流式厂房、抽排降低扬压力理论、水工建筑物稳定及滑坡涌浪分析等。他还培养了大批工程师。
    由于他在理论和实践领域中取得的卓越成就，1985年10月被任命为水利电力部总工程师，1988年5月任能源部总工程师，并担任清华大学教授。1980年11月，潘家铮被选为中国科学院院士，1994年被选为中国工程院院士并兼任副院长，同时获得在科学和技术两领域中的最高学术荣誉称号。现还兼任政协全国委员会委员、中国岩石力学与工程学会的名誉理事长和中国大坝委员会名誉主席等职。1989年他获得中国科学院荣誉状和被授予中国设计大师称号。
    重要著作有《重力坝的弹性理论分析》、《重力坝设计》、《建筑物的抗滑稳定与滑坡分析》、《水工分析文集》等，还有自传体散文《春梦秋云录》、科学幻想小说《一千年前的谋杀案》和《偷脑的贼》。
    现为中国工程院副院长、国家电力公司顾问、中国长江三峡工程开发总公司技术委员会主任、清华大学教授。