1915年10月26日生于福建省厦门市，原籍台湾台南，祖籍福建省永定县。中国共产党党员。1934年毕业于厦门大学化学系。1939年在英国伦敦大学获博士学位，同年到美国加州理工学院学习和工作。1944年在马里兰州研究室参加美国国防研究工作时，曾获美国国防研究委员会颁发的成就奖。1945年回国后历任厦门大学化学系教授兼系主任，理学院院长、副教务长，研究部副部长、部长，校长助理、副校长等职。 1955年被聘为中国科学院数理化学部委员（现称院士）。1960年担任福州大学副校长和中国科学院福建物质结构研究所所长，并兼省科委副主任、中国科学院福建分院副院长。 1973年，卢嘉锡在国际上最早提出固氮酶活性中心网兜模型，之后又提出过渡金属原子簇化合物“自兜”合成中的“元件组装”设想等问题，为我国化学模拟生物固氮等研究跻身世界前列作出了重要贡献。他先后在国内外发表多篇重要论文，为我国培养了大批优秀科技人才。1978年，他以台湾省代表团团长的身份参加了全国科学大会。1979年被授予全国劳动模范称号。他曾任中国化学会理事长、中国科协副主席。1987年获伦敦城市大学名誉科学博士学位，同年获比利时皇家科学院外籍院士称号。由于在结构化学研究中的杰出成就，1999年获何梁何利科学与技术成就奖。 1981年，卢嘉锡当选为中国科学院院长，领导中国科学院进行了一系列重大改革。1987年从院长岗位上退下后，任中国科学院特邀顾问、主席团名誉主席。1985年当选为第三世界科学院院士，并曾任第三世界科学院理事会理事、副院长等职。他还先后担任第八届全国人大常委会副委员长，政协第七、九届全国委员会副主席，中国农工民主党中央主席、名誉主席，中国和平统一促进会会长，欧美同学会会长等职。
2001年6月4日，卢嘉锡在福州病世，终年86岁。
