茅以升出生不久，全家迁居南京。
6岁读私塾，7岁就读于1903年在南京创办的国内第一所新型小学——思益学堂，1905年进入江南商业学堂。
1916年毕业于交通部唐山工业专门学校（即
唐山交通大学，现为
西南交通大学）。参加清华留美官费研究生考试，以第一名录取留洋。
1917年获
美国康乃尔大学硕士学位
1919年获美国卡耐基理工学院（现为卡内基梅隆大学）博士学位，是该校的第一位工科博士。
1916年毕业后，被清华学堂官费保送赴美留学。1917年获
美国康奈尔大学土木专业硕士学位，并荣获康奈尔大学优秀研究生“斐蒂士”金质研究奖章。
1921年获
美国卡内基·梅隆大学大学工学院工学博士学位。其博士论文《桥梁桁架的次应力》的科学创见，被称为“茅氏定律”，并荣获康奈尔大学优秀研究生“斐蒂士”金质研究奖章。
1920年回国后至1930年，历任
交通大学唐山学校（今西南交通大学）教授、副主任，国立东南大学教授、工科主任，南京河海工科大学校长，交通部唐山大学（今西南交通大学）校长。
1930年至1931年任江苏水利局局长，1934年至1937年任浙江省钱塘江桥工程处处长（挂此职到1949年），在自然条件比较复杂的钱塘江上主持设计、组织修建了钱塘江大桥。这是中国人自己设计和施工的第一座现代钢铁大桥，是中国桥梁工程史上一座不朽的丰碑。
1937年12月23日，为了阻止日军攻打杭州，茅以升亲自参与了炸桥。
抗日战争胜利以后，茅以升又受命组织修复大桥，1948年3月，大桥修复通车。
1937年至1942年任国立交通大学唐山工程学院（今西南交通大学）代院长、院长。
1942年至1943年任交通部桥梁设计工程处处长。
1943年至1949年任中国桥梁公司总经理。
1943年当选中华民国教育部部聘教授。
1948年当选中央研究院院士。
1949年至1952年任由母校唐山工学院（今西南交通大学）和北平铁道管理学院（今
北京交通大学）组建的中国交通大学（1950 年改称
北方交通大学）校长。
1951年至1981年任铁道技术研究所所长、铁道科学研究院院长。
1955年选聘为中国科学院院士（学部委员）。
1959年在北京十大建筑的建设中，担任人民大会堂结构审查组组长，
1955至1957年主持设计了武汉长江大桥，
1977年主持设计了重庆石板坡长江大桥。
1982年当选美国国家工程院外籍院士 。
1989年11月12日病逝于北京，享年93岁。
主要成就：
1.主持修建公路铁路兼用的现代化大桥———“钱塘江大桥”。他采用“射水法”、“沉箱法”、“浮远法”等，解决了建桥中的一个个技术难题。
2.茅以升先生把工地办成学校，吸收大批土木工程专业的学生参加工程实践，为国家培养了一批桥梁工程人才。
3.他主持编写了
《中国古桥技术史》及《中国桥梁———古代至今代》（有日、英、法、德、西班牙五种文本）。著有
《钱塘江桥》、《武汉长江大桥》、《茅以升科普创作选集》、《茅以升文集》、《中国古桥与新桥》等。
4.1955年至1957年，茅以升又接受修建我国第一个跨越长江的大桥———武汉长江大桥的任务。1955年9月，大桥正式开工，到1957年9月25日建成。