1974년 서울대학교 공과대학 재료공학과를 졸업하고 KAIST에서 석사학위를 받은 후 1979년 프랑스 블레즈-파스칼 대학에서 박사학위를 취득했다. 1982년까지 아주대학교 기계공학과 조교수로 근무했고, 그 후 2008년까지 서울대학교 공과대학 재료공학부의 교수로 일했다. 한국공학한림원과 한국과학기술한림원 정회원이며 미국세라믹학회 특별회원이다. 1997년부터 2005년까지 재료미세조직 창의연구단장으로 활동하며 2001년에는 과학기술 훈장과 한국공학한림원이 수여하는 젊은 공학인상을 받았다. 고든 리서치 컨퍼런스(Gordon Research Conference)를 포함해 세계적인 학술회의에 40회 이상 초청받아 강연했으며, 2007년에는 동경대학교의 초빙교수로 임명받았다. 2005년부터 2007년까지 서울대학교 공과대학 학장으로 일했으며, 2008년 교육과학기술부 장관을 거쳐 2011년까지 울산대학교 총장을 역임했다. 국가교육과학기술자문회의 의장, 한국공학한림원 회장으로 일했고, 그 후 2011년 3월부터 2년간 국가과학기술위원회 위원장을 역임했다. 2015년 9월부터 포항공과대학(POSTECH)의 총장으로 일하고 있다. 지은 책으로 『나는 신기한 물질을 만들고 싶다 』 『새로운 대학을 말하다』 『우리시대 기술혁명』이 있다.