KAIST에서 물리학으로 학사, 석사, 박사 학위를 받았다. 예일대학교 의과대학 영상의학과 박사 후 연구원, 컬럼비아대학교 의과대학 정신과 조교수를 거쳐 현재 KAIST 뇌인지과학과 교수이자 융합인재학부 학부장이다. 복잡계 및 통계물리학적인 접근을 통해 인간의 의사결정 과정을 연구하고 이를 정신질환 모델링, 뇌-기계 인터페이스, 인간 뇌를 닮은 인공지능 및 소셜 로봇 개발에 적용하는 학자다. 《네이처》를 포함해 세계적인 학술지에 120여 편의 논문을 출간한 바 있으며, 다보스 포럼 ‘2009 차세대 글로벌 리더’, ‘대한민국 근정포장’ 등 국내외 학술상을 여럿 수상했다. 지은 책으로 《정재승의 과학 콘서트》, 《열두 발자국》, 《정재승의 인간 탐구 보고서》 시리즈(공저) 등이 있다.