南仁东于1945年出生在吉林省辽源市龙山区，6岁上学，先后就读于辽源中兴小学校、辽源四中、辽源五中，因学习成绩异常突出，屡获学校表彰。
1963年，南仁东以高考平均98.6分（百分制）的优异成绩夺得“吉林省理科状元”称号，并考入清华大学无线电系。
1963年9月-1968年7月，就读于清华大学无线电系真空及超高频技术专业，获学士学位。
1978年9月－1987年7月，就读于中国科学院研究生院（导师王绶琯），先后获理学硕士和博士学位。
1984年始，南仁东使用国际甚长基线网对活动星系核进行系统观测研究。在这一领域的早期发展阶段，主持完成欧洲及全球网十余次观测。首次在国际上应用VLBI“快照”模式，取得丰富的天体物理成果VLBI混合成图，达到国际最高动态范围水平。建立中国相关后图像处理中心，使80年代中国进行VLBI数据分析成为可能。
1993年，在日本国际无线电科学联盟大会上，科学家们提出，在全球电波环境继续恶化之前，建造新一代射电望远镜，接收更多来自外太空的讯息。南仁东跟同事们说：“咱们也建一个吧。”
1994年7月，500米口径球面射电望远镜（FAST）工程概念提出。
1994年始，南仁东提出利用喀斯特洼地作为望远镜台址，建设巨型球面望远镜作为国际SKA的单元，开始启动贵州选址工作。为了给500米口径球面射电望远镜（FAST）工程选址，带着300多幅卫星遥感图，跋涉在中国西南的大山里，先后对比了1000多个洼地，时间长达12年。
1995年11月，“大射电望远镜”中国推进委员会成立，由南仁东任主任。
2006年，南仁东，任国际天文学会射电专业委员会委员主席，为中国天文学界第一次在此层面任职，在国际射电天文界得到同行的认可与尊重。
南仁东生前最后一次受访
2012年，FAST973项目正式启动，作为资深咨询专家，南仁东指导FAST973项目“射电波段的前沿天体物理课题及FAST早期科学研究”的立项及组织实施确立了FAST实现世界首个漂移扫描多科学目标同时巡天的原创科学策略提出调试阶段全波段监测蟹状星云脉冲星的优先观测计划建议了用于望远镜调整期及早期试观测的单波束和多波束接收机，前者已投入试观测。[2]
2014年，“天眼”反射面单元即将吊装，南仁东亲自进行“小飞人”载人试验。
2016年9月，“中国天眼”落成启用前，南仁东已罹患