徐光宪出生于1920年11月7日，浙江省绍兴市上虞区人，1944年毕业于交通大学化学系，同时获得物理学学士学位，交通大学后来在1959年分成了上海交大跟西安交大，在交通大学毕业之后，徐光宪在上海宝华化学厂担任技师，1946年1月回到交通大学担任化学系顾冀东教授的助教，同年4月跟自己交大的同班同学高小霞结为夫妻。
1948年，徐光宪考取了自费公派前往美国留学深造的资格，前往美国圣路易斯华盛顿大学化工系读研，不知道什么原因，尽管徐光宪学习成绩优异，但一年过去了，却一直没有获得助教资格，没有助教资格就没有收入，徐光宪的生活一下子变得非常艰辛了。
为了取得助教资格，徐光宪联系了美国哥伦比亚大学的中国留学生唐敖庆，唐敖庆比徐光宪高几届，1949年就获得了美国哥伦比亚大学化学博士学位，在当时的华人化学界，很有影响力，他得知徐光宪的困难之后，于是推荐徐光宪转到哥伦比亚大学学习，很快徐光宪就因为成绩优异获得了助教的职位，终于不用再过苦日子了。
通过一年多的学习，1950年徐光宪就获得了化学硕士学位，开始攻读博士学位，1951年3月，徐光宪发表了《旋光的量子化学理论》博士论文，获得了哥伦比亚大学的博士学位，并且当选为美国西格玛克塞荣誉科学会会员。
徐光宪的导师贝克曼非常看好徐光宪的潜质，推荐他去芝加哥大学马利肯教授手下做博士后研究，当时徐光宪的妻子高小霞正在攻读博士学位，如果徐光宪去了芝加哥大学做研究，自己跟高小霞都可以获得更好的发展。
当时朝鲜战争已经爆发了，中美关系非常紧张，徐光宪夫妻二人商量了一下，觉得祖国更需要自己，于是1951年4月，高小霞放弃了继续读博的道路，徐光宪也放弃了芝加哥大学的高薪职位，夫妻二人一起回到了中国。
5月份，徐光宪在先回国的唐敖庆的推荐下，担任北京大学跟燕京大学的化学系副教授，1957年担任北京大学技术物理系主任兼核燃料化学教研室主任，从事核燃料的萃取化学研究，1961年因为成绩显著升为教授。
1964年，为了打破西方国家的核威胁，中国决定自行研制原子弹，8月份，中国第二机械工业部在青岛地区召开高级机密会议，决定放弃苏联提供的沉淀法，用徐光宪团队研究的更先进的萃取法，制造原子弹的原料钚。
1966年，席卷全国的大风暴来临，徐光宪因为当年的美国求学经历，也遭到了攻击，科学研究受到了很大的影响，1969年，为了响应当时的政策，徐光宪被迫离开了研究所，去了江西一个农场从事农业生产。
1972年，北京大学化学系接到了一个军工任务——对稀土进行镨钕分离工作，镨钕在希腊语里面就是双胞胎的意思，就是说镨钕是稀土里面最难分离的两种元素，因为稀土是许多军工产品的必须材料，比如美国的F-35战斗机，平均每制造一架F-35，需要417千克的稀土矿，而且一些先进的武器装备，对稀土的纯度要求非常高，当时高纯度的稀土元素，价格堪比黄金。
当时的中国没办法提炼高纯度的稀土矿，在国际上没有稀土矿的定价权，只能以白菜价格卖给发达国家，然后再以几十倍几百倍几千倍的价格买回成品，中国不甘心吃这种亏，于是决定自己提炼高纯度的稀土元素。
当时国际上一般都是采用离子交换法进行镨钕分离，采用NH4+型树脂作为分离柱，借助络合剂生成比较稳定的络合物（key），这样淋洗液里面的络合物就不会再跟树脂里面的NH4+发生反应，但是这样一来，分离柱的作用也减弱了，为了最大限度的发挥分离柱的作用，要加入一种金属离子，这种金属离子跟络合剂反应后，生成物必须比稀土的化学结构更加稳定，利用这种金属离子反复进行分离，可以有效分离稀土里面的镨钕元素，纯度比较高，这种方法就叫做离子交换法。
但是这种方法需要大量符合要求的金属离子，而且要反复进行，时间长，成本高，当时国际上兴起了一种萃取法分离镨钕，时间相对更短，成本也更低一点，但是技术还很不成熟，北京大学化学系当时条件不好，没办法弄出大量符合要求的金属离子，于是决定攻克萃取法这道难题，但是在这种化学元素的萃取方面，徐光宪是当时国内当仁不让的领头人之一，于是有关部门又把徐光宪调回了北京大学化学系，进行这方面的研究。
徐光宪查阅了大量的资料，从美国人之前在这方面建立的维拉体系找到了灵感，但是美国人这套理论因为实验失败，于是放弃了，徐光宪觉得有成功的可能性，于是重新进行了这方面的实验，就是在煤油里面加入萃取剂，然后不停的摇晃震荡，让萃取剂跟镨钕混合物渐渐分离出来，这种方法被称为串级萃取法。
于是徐光宪每天白天就是不停的摇漏斗，晚上将实验数据进行整理，琢磨里面的规律，一个星期要工作80多个小时，当年美国人都放弃了的方法，徐光宪一直坚持了下来，就这样摇了几年的漏斗，1975年，徐光宪提出了完整的串级萃取法技术，原来的离子交换法需要100多天时间，而萃取法时间都不到一个星期就可以了，成本也比离子交换法降低了75%，而且萃取法分离的稀土元素纯度更高，达到了99.99%，是当时世界最先进的方法，没有之一。
然后徐光宪趁热打铁，经过不断的摸索之后，研究出了一套大规模生产分离的最优参数值，1976年徐光宪在上海耀龙化工厂主办了一期串级萃取讨论班，将这种99.99%纯度的稀土元素，通过流水线源源不断的生产了出来，随后徐光宪又经过不断的努力，最终使得我国的稀土矿行业，形成了开采，分离，精炼，金属合成一条完整的产业链。
可惜的是由于改革开放初期我国知识产权方面的意识比较薄弱，徐光宪历经千辛万苦研究出来的方法，被人大肆传播，那些发达国家很轻松就获得了这种先进方法。
1980年，徐光宪因为贡献巨大，被评为中国科学院院士，随后90年代，国家为了发展私营经济，开放了私人承包中小矿产的政策，于是许多民间的公司纷纷进入稀土开采行业，卖给外国人赚取高价。
当时美国，欧盟，日本，韩国等国家利用这个时间段，大量采购了中国的稀土矿，为了最大限度的获取利益，这些国家联合起来组成了同盟，对国际市场上的稀土矿进行保价行动，当国际市场上的稀土矿价格上涨的时候，他们就集体停止采购，然后大量的中国企业为了出口，于是内部打价格战恶性竞争，最终使得大量的稀土矿，以白菜价格卖给了外国人。
因为稀土矿是地底下的矿产，开采成本极低，出口之后利润非常大，当时国内从事稀土开采的大中小公司，数量简直不要太多，还有许多人看到利润高，没有手续也偷偷的开采，1990年，我国稀土矿储存量占世界的90%，到了2006年，中国稀土矿储存量占比只有37%了，而美国跟日本因为白菜价收购了中国的巨量稀土矿，储存量一跃成为世界第一跟第二。
根据海关方面的数据显示，1990年到2005年，中国稀土矿出口量增长了10倍，价格却下降了将近70%，而且这个数据还没有包括大量的走私行为，以及国际汇率变化带来的通货膨胀影响等等，而且因为许多人乱挖乱开采，对环境的破坏也非常的严重，内蒙古许多地方被挖的坑坑洼洼，植被缺失，水土流失严重。
眼看国家重要的战略资源，都被当成白菜一样卖给了外国人，徐光宪院士痛心疾首，2005年向国家有关部门提出了稀土矿的重要性，引起了当时国家主要领导人的重视，于是有关部门收紧了稀土出口的政策，避免了稀土矿的进一步流失，总算是给中国自己留下了一小部分。
对于中国政府稀土矿政策的变化，美国日本欧盟纷纷向世贸组织提起诉讼，向中国政府施加压力，但是当时的中国政府觉得中国有权对自己的出口产品，采取任何形式的做法，于是对欧美日提出的各种无理要求不予理睬。
1998年，徐光宪的妻子高小霞去世，2015年，为新中国的化学事业和教育事业贡献了自己的一生的徐光宪院士去世，享年95岁，一生桃李满天下，培养了4位中科院院士，还有100多位国内化学界的领军人物，以及大量的稀土行业高级技术人员，可以说徐光宪院士为我国稀土行业的完整产业链，让中国人在稀土行业不被外国人卡脖子，做出了巨大的贡献，被誉为“中国稀土之父”。
