Был научным руководителем работ по созданию первой отечественной атомной бомбы, энергетического реактора, первого в мире атомного ледокола и атомной подводной лодки.

Родился в поселке Симский Завод Уфимской губернии (ныне — город Сим Челябинской области). Сын помощника лесничего (землемера-землеустроителя) и бывшей учительницы церковно-приходской школы.

Начал научную карьеру в Петрограде, где под руководством профессора В. Н. Оболенского работал над исследованиями радиоактивности осадков. В 1935 году получил звание профессора, а в 1937 году был назначен заведующим кафедрой теоретической физики в Педагогическом институте имени М. Н. Покровского (ныне — Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена).

Курчатов стал одним из основателей и руководителей советского атомного проекта. Он возглавил Лабораторию № 2 АН СССР в 1943 году; под его руководством были созданы ядерные исследовательские центры в различных городах СССР. Курчатов также был одним из инициаторов основания Объединенного института ядерных исследований в Дубне в 1956 году.

Награжден золотой медалью имени Леонарда Эйлера АН СССР (1957) и серебряной медалью Мира имени Фредерика Жолио-Кюри (Всемирный совет мира, 1959).