费米出生于意大利，从小喜爱书籍，酷爱学习。罗马有一个著名的百花广场，每逢星期三，许多商人都来到这个露天市场作买卖，从活鱼到鲜花，从古董到旧衣服，应有尽有。费米对百花广场很熟悉，每星期三他总要来这里，两只滴溜溜的大眼睛在五光十色的地摊上搜索。
原来，从小就喜欢读书的费米根本不满足课堂上所学到的那点知识，他对数学和物理特别感兴趣。
1918年，17岁的费米以优异成绩考入比萨王家高等师范学院。在入学考试时，他写了一篇论述弦振动的论文，他的丰富的物理学知识使主考的一位教授感到惊讶。他特地找费米到它办公室里作了一次非正式的谈话。从那时起费米在物理学领域的才智，就引起了学术界的注意。
大学里活跃的学术空气和轻松的学习生活，使得费米原先内向的性格有了很大的变化。在他身上，已难以找到童年时代那种沉默寡言、害羞怕臊的痕迹。小学时代那个怯生生、不合群的少年，现在变成一个爱开玩笑，有一副结实体格的年轻人。他跟同学们一起去登山远足，一起活跃在足球场上。比萨给了费米丰富的知识，也激励着他为实现远大抱负而奋斗。
1922年夏天，费米完成了毕业论文。11位主考人倾听着他的毕业论文答辩。费米用尽可能简洁的语言，阐明论文的观点。内容实在太艰深，连学识广博的主考教授有时也难听懂。显然，费米的论文已超出了某些老师的理解力。
论文答辩结束了，主考先生宣布：“费米的论文水平很高，可得一个最高分。”
费米很想在罗马大学从事物理学的研究，但这仅仅是希望。人生的道路并没有人们想象得那么美妙，费米没有如愿。作为爱因斯坦信徒的费米，遭到反爱因斯坦相对论考官的冷落。分子、原子是多么微小，芝麻大的一滴水中，大约就有一亿亿个分子。若要掌握那一个个分子和原子和运动规律，那该是多么困难。
当人们处身于车水马龙之中，繁华的大街显得那么杂乱无章，汽车、行人来来往往，使人眼花缭乱。可是，如果登上高楼之顶，往下鸟瞰时，那种乱七八糟的景象会顿时消失，呈现在我们眼前的车流人行却是井井有序。科学家们研究原子、分子也有类似情况，他们要区别的往往并非是某一个原子或分子的行为，感兴趣的却是那一群粒子的洪流，这种研究大量微观粒子所组成的系统的学科就叫做统计力学。
后来，费米提出了一个新的统计理论，成了微观世界最重要的规律之一。那时费米才24岁。他成为物理学界的一颗明星。
教育部长看准了费米的才华，特别建议在罗马大学设立一个理论物理新讲座，以便费米出任。1926年，25岁的物理学教授费米登上讲台，开始了他的第一堂课。
“物理学，当今正处在一个新生的时代，上一个世纪还认为是正确的东西，今天已暴露出了它的局限性……，我们必须全力以赴去获得这些新知识……”
费米的科学方法立足于鼓励学生培养创造性，而反对那种分数加名利的窒息青少年思想的陈旧教育手段。费米团结了一批血气方刚的青年科学工作者。
费米教授和学生罗拉相识并相爱。罗拉是一位有着犹太血统的可爱姑娘，她佩服费米的渊博知识和自信心。他们结婚后，一切家务由罗拉照料，费米消除了后顾之忧，更专心于他的科学研究。后来费米解释了原子核衰变现象，并且成功地提出了弱互相作用理论。
但是，意大利法西斯的崛起，疯狂的战争叫嚣打破了人们的美梦。歇斯底里的排犹太运动，使有着犹太血统的罗拉和费米一家受到了严重的威胁。这是1935年，大街上，一队队法西斯匪徒正在游行，不断在狂呼着：“绞死犹太人！”“犹太人滚出去！”“墨索里尼万岁！”等口号。
沿街的墙上，触目惊心的标语映入眼帘：“一手持书，一手拿枪”，“墨索里尼永远正确！”
此刻，费米再也无心去思考中子和原子核了，挤满了他脑子的是怎样才能生存下去。
费米过去很少过问政治，可是现在，老伽俐略受到迫害的命运已摆在费米的面前，他不得不考虑自己的命运。
走，既然罗马已无他生存的余地，那就走得远远的，到大洋的彼岸去。1938年11月10日，一阵急促的电话铃声，把费米、罗拉从梦中唤醒。瑞典科学院已决定授予费米为该年度诺贝尔物理学奖金，以表彰他发现了由中子轰击所产生的新的放射性元素，以及他在这一研究中发现了慢中子引起的核反应，他对超铀元素的研究也具有开拓意义。
对于正想逃离意大利的费米一家，这可是一个天赐的良机。这样一来费米就可以冠冕堂皇地出国了。12月6日，费米来到罗马大学，最后看了一眼那间蒙上了灰尘的实验室，深深地鞠了一躬，随即匆匆向火车站走去。费米和妻子罗拉离开了意大利。
费米在瑞典首都斯德哥尔摩领取了诺贝尔物理学奖金。并于1939年1月2日和妻子罗拉一同到达美国纽约。
这一年，费米又迎来了丹麦首都哥本哈根的著名科学家玻尔，并且从他那里听到了一个慨惊人又可怕的消息：德国的哈恩及斯特拉斯曼实现了铀核的分裂。原子核的研究正面临着一个新的转折点，人类应用原子核内能量的日子已为时不远。
费米从玻尔那里得知这个消息以后，二话没说，就径奔哥伦比亚大学实验室，立即动手重复做他5年前做过的没成功的试验。
许多物理学家加入了费米小组，协同作战。几个星期以后，消息传出，实验结果完全同玻尔他们预言的一样：
一个中子把一个铀原子核轰击成两半，释放出能量，同时又跑出两个以上中子，这些中子又去轰击更多的原子核。
分裂，分裂，越来越猛烈的分裂。能量，能量，越来越多的能量。费米把这种现象称为连锁反应（或链式反应）。
铀的连锁反应就是炸弹！而且是一种新的威力无比的炸弹，它可以把千万条生命瞬间烧成灰尽。费米一想到这里，心中不禁打了个寒噤，要是德国的希特勒、意大利的墨索里尼这两个战争狂人掌握了这个秘密，那人类将遭受多大的灾难。
战争乌云已笼罩着整个大地，但原子核的分裂也同样使科学家们忧心忡忡。因为原子核释放的超级能量，不但可以给我们这个能源日益缺乏的世界带来光明，而且它可能把人类推向灾难的深渊。
后来，从匈牙利逃到美国的西拉德等科学家找到了费米，决定起草一封给罗斯福总统的信，请爱因斯坦签名，敦促美国筹划研制原子弹的工程计划。这个建议被罗斯福所采纳，并且把研制原子弹的计划称为“曼哈顿工程计划”。
不久，日本偷袭珍珠港事件爆发，美国同日本、德国、意大利宣战。美国政府进一步大力推动实施原子弹研制的“曼哈顿工程计划”。
当时在美国的费米已经成为敌国侨民，因为他来自法西斯一方的意大利。美国战时的宪法规定，这些敌侨的言行将受到限制。
但费米同时已是一位成就卓著的核物理学家，原子武器的研制，没有费米参加可不行，他的朋友们千方百计地使费米摆脱这些外加的限制。
核计划的主要负责人康普顿教授向政府部门竭力推荐费米：“事实很明显，如要进行核反应堆的研究，那一定要有费米领导。他在理论上的修养和实验上的经验，在我们中间是没有一个人能与他相比的。”推荐获准。费米着手领导建设第一座核反应堆。
原子弹爆炸的能量和核反应堆的能量虽然都来自原子核裂变，但这是两种不完全相同的过程。如作一个对比，原子弹就好像我们把一根火柴丢进一桶汽油中，引起猛烈的燃烧和爆炸，而核反应堆犹如将汽油注入汽车发动机慢慢消耗一样。原子弹是由原子核里产生的快速中子在一瞬间引发的，而反应堆中的中子速度必须先降低，然后加以控制利用。