費米於1901年9月29日出生於意大利羅馬，父親是壹個鐵路職員。費米17歲時入大學求學，畢業時，他以X射線的專題論文在比薩大學獲得博士學位。1924年到1926年間，他雖然僅擔任佛羅倫薩大學的講師壹職，但他在理論物理學方面的貢獻已引起了世界範圍的註意。
1934年，當費米得知約裏奧·居裏夫婦用a粒子轟擊原子核而發現人工放射性現象後，他馬上得出結論，選用中子代替a粒子作“炮彈”，那麽，將更有效地引起原子的人工嬗變。他認為，中子不帶電，不受原子核上正電荷的排斥，易於被原子核俘獲。他和助手們在短短的幾個月內，從原子序數最底的氫開始，用中子壹個挨壹個地“轟”過去，轟擊了63種元素，得到了37種放射性同位素。在實驗中，他們還發現，如果先讓中子通過水或石蠟，中子的速度減慢，反而能特別有效地激發核反應。這是因為，當中子速度越慢，它停滯在原子核附近的時間就越長，被俘獲的機會就越多。
在用慢中子轟擊原子核的反應中，他又發現可生成新的元素。費米因利用慢中子轟擊原子核引起有關核反應和利用中子輻射發現新的放射性元素，獲得了1938年諾貝爾物理學獎。
在獲獎之後，費米與壹些科學家們在核裂變的鏈式反應研究中，同時預見到制造原子武器的危險。當時德國的核裂變也已實驗成功，他們非常擔心德國首先用以制造原子彈，而美國的政界、軍界卻反應遲鈍。於是，費米、西拉德等科學家於1939年8月壹起找到了愛因斯坦，要求借助他的威望上書美國總統羅斯福，提醒政府要切實註意德國的動向和已出現的危險，建議盡壹切力量要趕在德國納粹分子之前造出原子彈，以消滅法西斯。上書信於10月11日轉到羅斯福手中，他立即下令成立鈾礦顧問委員會，並撥了研究經費，1941年12月6日，日本偷襲珍珠港的前壹天批準了制造原子彈的龐大工程計劃。為保密而取名“曼哈頓計劃”。
1942年12月2日，以費米為首的壹批美國科學家建造了第壹座原子反應堆，它座落在美國芝加哥大學的校園裏。人們利用原子能的時代從此開始。當時這個反應堆的建造提供了必要的數據。
1945年7月16日5時30分，壹顆叫“三位壹體”的鈈彈在新墨西哥州的荒野試爆成功。其爆炸力相當於2萬噸TNT炸藥。1945年8月6日，美國將壹顆重5噸的鈾彈投向了日本廣島，它的巨大殺傷力震驚了世界。