浙江省鄞县人。生物学家、教育家，中国实验胚胎学的创始人。1927年毕业于复旦大学哲学系心理学专业。1927-1930年任中央大学助教。1931年夏，赴欧洲留学。1932年获比利时毕京大学科学博士学位。1934年年底回国后，历任山东大学、中央医学院、同济大学、复旦大学教授。1946年任山东大学动物系主任。1948年当选为中央研究院院士，同年赴美国到耶鲁大学任客座研究员。1949年3月回到山东大学。1950年受聘兼任中科院水生生物研究所青岛海洋生物研究室主任。1951年任山东大学副校长。1955年当选为中科院学部委员并任生物地学部副主任，兼中国科学院青岛海洋生物研究所所长。1960年，任中国科学院生物学部主任。1977年任中国科学院动物研究细胞遗传学研究室主任。1978年任中国科学院副院长，同年任全国政协副主席。1979年病逝于北京。
童第周在学术研究领域卓有建树，特别是胚胎极性研究、文昌鱼发育研究以及细胞核和细胞质在发育中的关系研究等领域取得了重大成就。他开创了异种核移植的先河，被誉为中国的“克隆先驱”。
从1935年到1956年,先后三次在山东大学任教。1934年至1937年任山东大学生物系教授；1946年至1948年任山东大学动物系主任，创办海洋研究所；1949年至1955年，先后任山东大学教授、副校长。