于其舅父北平书画家姚茫父家。在舅父的鼓励下，考进北京大学农学院预科，两年后进入本科，在土壤学刘和的教导及其影响下，对土壤学产生了很大的兴趣，选择了农业化学系。1932年毕业于北京大学农学院，同年被推荐到中央地质调查所土壤研究室工作。1949年取得密苏里大学硕士学位，1951年取得威斯康星大学博士学位。担任中国科学院南京土壤研究所研究员、所长。1980年当选为中国科学院学部委员（院士）。1980年起，熊毅又主编了《中国土壤图集》，总结了中国半个多世纪以来土壤科学的研究成果。1985年1月24日逝世于南京。