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1918年2月7日（农历丁巳年十二月二十六日），林兰英出生于福建莆田县。幼年为了上学，经过一番绝食斗争，家人同意林兰英上了砺青小学，林兰英在砺青小学的成绩始终在有着40多名男女学生的班中占居前两名，校长彭介之决定保送她进入砺青中学。
1930年9月，进入砺青中学初中部一年级，初中六个学期她都保持全年级第一。
1933年9月，进入莆田中学高中部一年级，成了当时高一年级唯一的一名女生，后来由于莆田中学搞起了学生运动，林兰英对运动本无兴趣，转学至莆田县惟一的一所教会女子中学———咸益中学就读。
1936年，考入福建协和大学（现福建师范大学）物理系。
1940年，从福建协和大学毕业后作为优秀生留校任助教。
1944年，担任福建协和大学讲师。
1947年5月，福建协和大学与美国宾夕法尼亚州的迪金森学院建立互换留学生的关系。
1948年8月9日，远涉重洋到美国留学，进入国宾夕法尼亚州的迪金森学院数学系学习。
1949年，获得迪金森学院数学学士学位，同时获得美国大学荣誉学会迪金森分会奖励她的一枚金钥匙；同年深秋，进入宾夕法尼亚大学研究生院，开始了固体物理的研究。
1951年，获得宾夕法尼亚大学固体物理学硕士学位，之后继续攻读博士学位，师从米勒教授。
1955年6月，凭借博士论文《弱X射线辐照引起氯化钾和氯化钠晶体的膨胀》获得宾夕法尼亚大学固体物理学博士学位，是该校建校215年以来，第一位获得博士学位的中国人，也是该校有史以来的第一位女博士。博士毕业后，导师推荐她去纽约长岛专司半导体研究的索菲尼亚公司任高级工程师。之后，她被聘为从事半导体科研工作的索菲尼亚公司（Sylvania公司）高级工程师，靠林兰英杰出的科学分析指导，公司成功地造出了第一根硅单晶，不久，又为公司申报了两项专利，公司三次提高她的年薪。林兰英回国时索菲尼亚公司给她年薪10000美元，回国后每月207元人民币。
1956年6月，林兰英以“母亲重病”为由，向印度驻美国大使馆提交回国申请，9月使馆通知她填写有关回国事宜的表格。
1957年1月29日，几经周折抗争，林兰英乘坐的客轮安抵香港，在国务院办公厅周密安排下，她走上了深圳罗湖桥头，回到了中国，之后由大弟林文豪送她经上海去北京，进入中国科学院物理研究所工作，历任研究员，副所长。
1960年，担任中国科学院半导体研究所研究员。
1966年，“文革”开始那年，她还与中国第一位女院士林巧稚一同登上天安门城楼，事后便跌于“文革”的沼泽中。
1977年—1983年，担任中国科学院半导体研究所副所长 。
1980年，当选为中国科学院学部委员（院士）。
2003年3月4日，在北京因病医治无效逝世，享年85岁
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