1955年，丁肇中（前右）与父亲丁观海（前左）、弟弟丁肇华（后右）、妹妹丁肇民合影

高中毕业征试时，丁曾被保送进台湾省立工学院（今国立成功大学），但丁肇中放弃保送，参加联考。后来，他联考失利，又考进台湾省立工学院机械工程系。入学未久，于1956年9月，丁肇中以兴趣不合为由办理休学。随后进入美国密歇根大学，学习工程学、数学和物理学。

1959年丁肇中获得数学和物理学学士学位，及在1962年获得物理博士学位。

1964年，在美国纽约州的布鲁克海文实验室，丁肇中与物理学家A•J•斯图尔特•史密斯合影

毕业后，丁肇中立志要从事研究工作，1966年在哥伦比亚大学物理系任讲师，1967年又到麻省理工学院担任教授，主要研究高能实验粒子物理学。包括量子电动力学、电弱统一理论、量色动力学。

1974年，丁肇中与美国加州史丹福大学教授A•J•斯图尔特•史密斯几乎同时各自发现新的基本粒子－J/ψ基本粒子。

1976年，在瑞典斯德哥尔摩，丁肇中（左）出席诺贝尔奖颁奖典礼

两人也因此同时在1976年获得诺贝尔物理学奖及美国官方颁发的劳伦斯奖，而且它在颁奖典礼上还用中文发表演讲。他在演讲中强调实验和理论工作同样重要。