汤超教授1977年考入中国科技大学力学系学习，1981年考取中美联合培养物理类研究生（CUSPEA）并赴美留学，1986年获美国芝加哥大学物理博士学位。先后在布鲁克海文国家实验室、加州大学圣巴巴拉分校理论物理研究所做博士后，1991年起在NEC美国普林斯顿研究所担任研究员、资深研究员，1997年被选为美国物理学会会士，2005年起在加州大学旧金山分校生物工程与治疗科学系、生物化学与生物物理系任终身正教授。2001年受李政道先生邀请，创立北京大学理论生物学中心。2011年全时回国。现任北京大学讲席教授，前沿交叉学科研究院执行院长，定量生物学中心主任，北大-清华生命科学联合中心（北大）学术委员会主任。2019年当选为中国科学院院士。
汤超教授在统计物理、凝聚态物理、非线性科学、物理生物学等领域开展了许多开创性工作，近年来着力用物理学思想及方法研究生物问题，在蛋白质结构、细胞周期、生物调控网络等方面取得重大进展。发表文章百余篇，SCI引用万余次。
*1987年提出自组织临界性的概念及理论，在非平衡统计物理与复杂系统方面开创了一个新领域；
*1996年将统计物理思想引入蛋白质折叠理论，提出可设计性原理；
*2004年将非线性科学的理论应用到生物调控网络的研究，提出了生物系统稳定性的理论解释；
*2006年利用系统生物学的方法研究生物网络功能模块，发现生物功能对网络拓扑结构存在强限制；
*2009年用理论与计算的方法研究生化适应性网络，找出了其中具有普适性的设计原理；
*2013年与邓宏魁合作提出干细胞重编程的“跷跷板模型”；
*2013年创刊《定量生物学》，并任共同主编。