颜宁1977年11月出生于山东，2000年本科毕业于清华大学生物科学与技术系，后赴美国普林斯顿大学分子生物学系攻读博士学位，师从著名结构生物学家施一公，后留在该系从事博士后研究。2007年10月，不满30岁的颜宁回到母校清华大学，组建实验室，成为清华大学医学院当时最年轻的教授和博士生导师。

2022年11月1日，颜宁在“2022深圳全球创新人才论坛”上宣布将辞去普林斯顿大学教职，回国协助创建深圳医学科学院（简称SMART，英文有“聪明”之意）。2022年12月10日，深圳医学科学院揭牌，颜宁获发聘书，出任创始院长。2023年11月21日，深圳医学科学院正式宣告成立。同年11月22日，2023年两院院士增选结果正式揭晓，中国科学院增选院士59人，中国工程院增选院士74人。其中，结构生物学家颜宁新当选为中科院院士。

新葡萄娱乐场网站据北京生物结构前沿研究中心消息，2024年3月28日，颜宁/闫创业/潘俊敏课题组合作在《细胞》（Cell）杂志在线发表了题为“结构引导发现天然纤绒毛中的蛋白质和聚糖组分”（Structure-guided discovery of protein and glycan components in native mastigonemes）的研究论文，报道了从莱茵衣藻纤毛中分离的天然纤绒毛（Mastigoneme）3.0 Å分辨率的冷冻电镜结构。

消息称，在这项研究中，研究团队综合利用生物物理学、细胞生物学和生物信息学等学科方法对聚糖分子参与构建生物大分子架构的分子原理进行了阐释。通过多糖和蛋白的互作分析，本研究揭示了阿拉伯聚糖在生物结构高级组装中的关键作用，从而为理解结构性聚糖分子在生命过程中的角色提供了重要线索，展现了现代结构生物学从结构确证工具到源头创新发现手段的角色转变。

该研究论文共同通讯作者为清华大学讲席教授、北京生物结构前沿研究中心研究员、深圳医学科学院创始院长颜宁，清华大学生命科学学院副教授、北京生物结构前沿研究中心研究员闫创业以及清华大学生命科学学院教授潘俊敏。

在清华大学任教的十年间，颜宁的科研成果两次入选《科学》（Science）杂志评出的年度十大进展，其本人还因在蛋白质结构方面的突出贡献而入选《自然》（Nature）杂志评出的10位“中国科学之星”之一。

颜宁在微信公众号“深圳医学科学院”相关文章中写道，“蛋白、核酸、糖、脂类四大类生物分子中，后两类属于‘暗物质’：结构不容易看到，研究难度其实比前两类更大。所以我才开始呼吁大家考虑研究生物里的‘暗物质’（对不住物理学家，又滥用你们的名词了）。这算是Yan Lab探索暗物质的第一步（Yan：颜or闫），欢迎更多研究者加入我们！”

2017年，时年39岁的清华大学教授颜宁曾入选中国科学院院士候选名单，成为当年最年轻的院士候选人，但遗憾落选。同年，颜宁离开清华大学，担任美国普林斯顿大学分子生物学系雪莉·蒂尔曼（Shirley M. Tilghman）终身讲席教授，后同时担任清华大学兼职教授。2019年，颜宁当选美国科学院外籍院士，两年后又当选美国艺术与科学院外籍院士。