1923年5月，陈能宽出生于湖南省慈利县江垭镇一个山沟里。

1942年，陈能宽从雅礼中学毕业，被保送到唐山交通大学矿冶系，1946年毕业。

1947年，考上了由政府资助的自费留学，赴美国耶鲁大学。

1949年，获硕士学位，1950年获美国耶鲁大学研究院物理冶金博士学位。曾任美国约翰·霍普金斯大学和威斯汀豪斯公司（西屋电气）研究员。

1955年，回国后历任中国科学院应用物理所研究员，二机第九研究所理论部主任、第九研究院副院长、院科技委主任、院高级科学顾问等职。 

1964年起，先后任第3、4届全国人大代表，第5、6、7、8届全国政协委员。

1980年，当选为中国科学院技术科学部学部委员。

1982年，陈能宽领导进行的“聚合爆轰波人工热核反应研究”，获得全国自然科学奖一等奖。

1984年，获国家发明奖二等奖，同年荣获“国家级有突出贡献中青年专家”称号。

1985年，获三项国家科技进步奖特等奖。

1986年，同邓稼先一起作为国家级科技进步奖特等奖的领奖代表登上主席台，接受国家的最高奖励。

1986年，任核工业部科技委副主任。

1987年2月，任国家863-410主题专家组首席科学家。

1988年，兼任国防科工委科技委副主任。

1996年，获何梁何利基金科学进步奖，当选为中国科学院主席团成员。

1999年，被授予研制“两弹一星”有突出贡献的科技专家，并荣获“两弹一星”功勋奖章。