学士学位，同年底获硕士学位。1928年获美国加州理工学院博士学位。1936年在美国普林斯顿高等研究院跟从爱因斯坦研究广义相对论。其后，在德国莱比锡大学和瑞士苏黎世联邦理工学院继续进行量子力学的博士后研究。历任清华大学物理系教授、清华大学教务长，北京大学数学力学系教授、北京大学副校长，北京大学校长，中国科学院院士。周培源最重要的工作是导出了雷诺应力的输运方程。
纪念.1993年，周培源基金会正式成立。2003年，周培源铜像在北京大学落成。以周培源命名的奖项：以周培