蒲慕明于一九四八年十月三十一日在江苏省南京市出生，其祖籍位于广东省梅州市大埔县三河镇。一九四九年，母亲携蒲慕明及其姐姐从南京下关码头乘船出发，先抵达武汉，随后辗转至广州，最终由广州乘船前往台湾定居。在台湾完成中学学业期间，他就读于台中第一高级中学。一九六六年，蒲慕明考入台湾清华大学物理系；大学期间，在老师李怡严的鼓励与指导下，他翻译了美国核物理学家乔治·伽莫夫的著作《汤普金梦游记 : 近代物理探奇》。一九七〇年本科毕业后，他远赴美国继续深造。一九七一年，作为在美华裔留学生，蒲慕明积极参与了保卫钓鱼岛运动的爱国活动。一九七四年，他在约翰斯·霍普金斯大学生物物理系取得博士学位，随后先后于美国伍兹霍尔海洋研究所及普渡大学生命科学系从事博士后研究工作。 一九七六年九月，蒲慕明申请进入加利福尼亚大学尔湾分校生物物理系并获录用，历任助理教授、副教授及教授职位。一九八一年，他受派遣回到中国大陆，为北京医学院与美国加州大学尔湾分校合作举办的交流项目讲授神经生理学与细胞生物学课程，这也是他离开中国大陆三十二年后首次重返故土。一九八四年，蒲慕明受聘兼任北京清华大学生物系系主任，任期至一九八六年。一九八五年四月，他转赴美国耶鲁大学医学院分子神经生物学系担任教授，直至一九八八年八月。同年七月，他开始在美国哥伦比亚大学生物学系任教授，任职至一九九五年十二月。一九八八年至一九九一年间，蒲慕明还参与了香港科技大学的筹备工作，主要负责生物学科的发展规划与人才招聘等事务。 一九九六年一月，他出任美国加州大学圣地亚哥分校生物学系Stephen W. Kuffler讲座教授，任职至二〇〇〇年十月。一九九九年十一月二十七日，蒲慕明被任命为中国科学院上海生命科学研究院神经科学研究所所长，任期持续到二〇〇八年十二月。二〇〇〇年，他当选为台湾中央研究院院士；同年九月，担任美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系1933级讲座教授。二〇〇二年，他又兼任该校分子与细胞生物学系神经生物学部主任。 二〇〇九年，蒲慕明当选为美国国家科学院院士。二〇一〇年，他荣获求是科技基金会颁发的求是杰出科学家奖。二〇一一年，因在《神经发育与可塑性研究》相关研究中的集体突出贡献，蒲慕明所在团队获得中科院杰出科技成就奖（集体）；同年十二月，他当选为中国科学院外籍院士。此外，该年他还担任了科技部重大科学问题导向“973计划”项目“人类智力的神经基础”的首席科学家。二〇一二年，蒲慕明受聘为中科院战略性先导科技专项（B类）“脑功能联结图谱”首席科学顾问。二〇一四年一月，他出任中国科学院脑科学卓越创新中心主任。二〇一五年，他当选为香港科学院创院院士。二〇一六年六月七日，蒲慕明获得格鲁伯（Gruber）神经科学奖。二〇一七年，他作出放弃美国国籍、恢复中国国籍的重要决定。
蒲慕明在神经生物学领域取得了系统性的重要成就，其研究涵盖了神经轴突生长的导向机制、神经营养因子的功能以及神经元电活动对突触功能的精细调节等多个方面，这些工作显著推动了现代神经科学的发展。他不仅在理论层面提出创新见解，还致力于实验技术的革新，建立了一系列适用于生物物理学和细胞生物学研究的、既新颖又实用的方法。早在1974年，蒲慕明便率先对生物膜上膜蛋白的侧向扩散特性进行了精确测量，并成功定量计算出生物膜的粘度参数。他为这项测量所开发的“光漂白”技术，至今仍被学界广泛采用，成为测量细胞内蛋白质运动速度的标准实验手段之一。在神经生长与轴突导向这一具体研究方向，他做出了多项关键发现，例如揭示了胞外电场能够影响神经生长的方向，并证实神经生长锥在突触正式形成之前就已经具备神经递质释放的能力。在突触可塑性研究领域，蒲慕明于1993年率先报道了脑源性神经营养因子能够快速强化突触传递效能的现象。此外，在突触传递效率的可塑性机制方面，他通过深入实验，精确确定了能够引发突触效能长时程增强和长时程减弱所需的、突触前神经元与突触后神经元相关放电的具体时间窗口；这一重要规律后来被学界广泛称为“依赖于放电时序的可塑性”，其发现不仅深化了对突触调节机制的理解，也为神经生理学与计算神经科学的交叉发展提供了关键的理论与实验基础。
自一九八一年起，蒲慕明便开始积极投身于协助恢复与建设中国生物科学研究事业的工作中。在一九八三年至一九八六年期间，蒲慕明博士亲身参与了清华大学生物和生物工程系的筹建过程，并担任该系的首任系主任，为学系的早期发展奠定了重要基础。随后在一九八八年至一九九一年间，他又共同参与了香港科技大学的筹建工作，主要负责生物学科的规划发展、人才引进与团队组建等关键任务。蒲慕明始终秉持科学研究的原创性与本土化方向，高度重视有利于科研长远发展、有利于优秀人才培养、有利于体制机制创新的科研文化建设。他积极倡导构建一种兼具“严谨求实的科学态度”、“敢于批评与开放交流的科学精神”以及“紧迫感与宽松氛围相结合”的科研环境。在研究生教育方面，蒲慕明大力推动其发展，注重通过高水平的科研实践来培养后备创新人才，切实从学业指导、生活关怀、职业发展等多方面关心研究生的全面成长，致力于提升他们出国从事博士后研究后回归祖国的比例。他率先引入了国际通行的“论文指导委员会”制度，开设了一系列高质量的研究生专业课程，并在教学实践中不断对这些课程进行优化与完善。在提升研究生专业素养与学术修养的同时，蒲慕明也鼓励学生积极关注社会现实、融入社会发展，努力成为具有社会责任感、能够贡献社会的有识之士。截至二零一零年，蒲慕明在中国科学院神经科学研究所所培养的学生情况如下：
蒲慕明的父亲蒲良梢先生，是中国著名高等学府上海交通大学机械系航空工程组所招收的第一届毕业生，在航空工程领域拥有深厚的学术背景与丰富的实践经验。他曾担任台湾航空工业发展中心的副主任一职，之后又受聘为逢甲大学航空工程学系的系主任，为航空人才的培养与工程技术的推进作出了重要贡献。蒲慕明的前妻胡文真女士，是国际知名的医学专家，在美国德克萨斯州安德森癌症医学中心担任肿瘤科教授，长期致力于癌症相关的临床研究与治疗工作。他现在的妻子丹扬女士，是一位成就卓著的神经科学家，凭借其在基础研究领域的突出贡献当选为美国国家科学院院士；她的研究方向主要集中于神经递质的分泌机制、突触可塑性的分子基础，以及视觉系统中信息如何编码与处理等前沿科学问题。蒲慕明的大女儿蒲艾真，是一位活跃于美国的社会活动家，因其在社会公益与公共事务中的显著影响力，被2012年美国《时代》杂志评选为当年最具影响力的“时代百大人物”之一。他的小女儿蒲婷，则投身于电影制作领域，作为2018年奥斯卡金像奖最佳短纪录片《天堂堵塞》的影片编辑，她参与了这部获奖作品的创作与剪辑工作；该纪录片将镜头聚焦于一位深受抑郁症困扰的艺术家，以细腻的视角探讨了艺术、精神健康与人性体验之间的深刻联系。
他曾经撰写过一封致自己实验室研究生的电子邮件，这封邮件后来在互联网上被广泛传播，引起了诸多关注。在这份邮件里，他明确表达了自己的忧虑：倘若不做出重大的调整与改进，蒲慕明实验室或许将难以继续保持其作为学生们首选的一流实验室的地位。他进一步阐述了自己的观点，认为每周投入至少五十个小时在实验室工作中，只是一位普通成功的年轻科学家所需达到的最基本工作时长标准。此外，他对实验室的每一位成员提出了具体期望，希望他们每天能够在实验台前保持高度专注的工作状态不少于六小时，同时还要保证每天至少花费两小时用于阅读相关学术文献。事实上，在他个人的整个科研生涯中，他所实际付出的工作时间几乎始终远超上述这些基本要求。
在西方社会，部分公众对科学及科学家群体抱有不信任的态度，这一现象的产生主要源于两个层面的原因。一方面，科学界与公众之间的沟通存在显著不足，科学家们未能充分向大众阐明他们从事研究工作的根本目标，也未能清晰地传达其科研探索中有哪些具体成果是对社会整体发展有益处的；另一方面，科学家自身也存在局限，他们有时过于注重塑造个人的专业形象，或将个人职业利益的追求置于更广阔的公共责任之上。对此，神经科学家蒲慕明指出：“西方看待科学研究的主导视角，往往根植于个人兴趣的驱动，这与中国的情况有所区别。”他进一步阐释道，在中国传统文化框架下，对科学的认知内含着一种利他主义的倾向，认为对科学真理的追求能够带来广泛的社会“溢出”效应，惠及更广泛的领域。因此，在国内的科研语境中，我们更加强调科学家应具备高度的社会责任感，着重探讨科学家应以怎样的途径和方式来促进社会福祉，这实质上代表了另一种截然不同的方法论取向。
蒲慕明先生对中华民族怀有极为执着且深厚的感情，始终积极投身于科研文化的构建与推动之中。他尤其擅长融合中西方文化的精髓，将两者的优势有机结合，从而为中国科研体制的深化改革与创新做出了持续而显著的贡献。在神经生物学领域，蒲慕明先生不仅发明并发展了一系列前沿的理论与技术，更率先揭示了神经生长过程中导向分子所起的关键作用，并深入阐明了神经生长进行方向决策时细胞内复杂的信号传导机制。在过去的二十年间，他的研究进一步发现神经营养因子能够有效调节神经元之间的信号传递效率，同时还对神经信号中时间信息的存储机制进行了系统而精确的定量分析。这些开创性的研究工作，为我们理解神经环路的发育原理、探索大脑如何储存长期记忆以及寻找修复脑神经损伤的有效途径，提供了至关重要的科学依据与理论支撑。