中国气象学家。祖籍安徽安庆。生于天津。1945年留学美国芝加哥大学，1948年以论文《大气中能量的频散》获博士学位。1950年回国。1956年任中国科学院地球物理研究所研究员。1950～1963年在南京大学、清华大学、北京大学和中国科学技术大学任教。1977年主持中国科学院大气物理研究所工作，1980年任所长（后任名誉所长）。1980年当选为中国科学院学部委员（院士），并任中国科学院副院长。历任中国气象学会第19、第20届理事会理事长。1981年当选为芬兰科学院外籍院士。1983年任国际科学联盟理事会和世界气象组织联合科学委员会(JSC)委员，同年当选为英国皇家气象学会会员。并被授予美国气象学会荣誉会员。1987～1990年任国际地圈-生物圈计划科学委员会(SC-IGBP)委员、中国委员会主席。1987年获国家自然科学奖一等奖。2003年获世界气象组织最高奖——第48届国际气象组织(IMO)奖。荣获2005年度国家最高科学技术奖。
叶笃正在大气环流和动力气象学等方面有重要贡献。他早期从事大气环流和长波动力学的理论研究，继C.-G.A.罗斯比之后，提出了长波的能量频散理论。这对大气长波生消的预报具有实用价值。20世纪50年代，在青藏高原对大气环流影响的研究中，首先提出了青藏高原在夏季是热源的论点。1957年在《大气准地转运动的形成》一文中提出地转适应的尺度理论。1958年出版的专著《大气环流的若干基本问题》（和朱抱真合著），全面概括了大气环流的主要事实，对这些事实的本质及其相互关系作了理论探讨，是深入认识大气环流的维持机制和演变过程的重要著作之一。70年代后期以来，从事地-气关系的研究。参与了世界气候计划(WCRP)和全球变化国际合作计划(IGBP)的筹备和组织工作。叶笃正发表论著70余篇，主要专著还有《西藏高原气象学》（1960年，与杨鉴初、陶诗言、顾震潮合著）、《大气运动中的适应问题》（1965年，与李麦村合著）、《青藏高原气象学》（1979年，和高由禧等合著）等。