周太玄，原名周焯，号朗宣，后改名周无,号太玄，赴法国留学时即以号行。1895年1月20日(清光绪二十年十二月二十五日)生于新都县。祖籍河南祥符县。先祖周亮工，是明末清初的学者，大量著作因文字狱被毁，现在流传下来的仅有《赖古堂诗钞》、《书影》。其父周棫曾任四川新都、峨眉等县典史。麵重视子女的教育，周太玄深厚的中国传统文化造诣与其家学渊源有着密切关系。
1909年周太玄考入四川高等学堂分设中学堂。郭沫若在《反正前后》中曾这样写道：“王光祈、魏嗣銮、李劼人、周太玄诸人都是我当时的同学，前三位是丙班的同班。在当时都要算是佼佼者。太玄在诸人之中最年青，……他是翩翩出世的一位佳公子……他多才多艺。据我所知，他会做诗，会填词，会弹七弦琴,会画画，笔下也很能写一手的好字。”据周太玄称，他曾深受该校校长刘士志的进步影响，“在他的庇护之下，……颇能读到许多海外寄来的革命刊物”。当时的《国粹学报》中所刊载的文天祥的《集社》、岳飞、郑所南、张苍水、翟式耜等人的豪气磅礴的诗歌都曾激励他的民族气节和爱国主义精神。
1930秋周太玄一家在巴黎。左为王耀群
1911年，周太玄毕业于分设中学堂，他于艰难竭蹶之中，毅然奔赴上海、考入中国公学政治经济专门部。毕业后即在上海《民信报》任翻译、编辑等职。后至北京，任《京华日报》、《中华新报》编辑和中华通讯社通讯员。他和同在《京华日报》做编辑工作的好友王光祈都深切感到，军阀统治黑暗腐败，列强觊觎宰割，风雨如晦，民族灾难深重，社会改革势在必行。这时他结识了在北京大学任教并主编《晨钟报》副刊的李大钊，彼此过往甚密，感情契投，一致认为，必须“联合同辈，杀出一条道路,把这个古老腐朽、呻吟垂绝的被压迫被剥削的国家改变为一个青春年少、独立富强的国家”。于是，“少年中国学会”这一组织,在他们中间逐渐酝酿成熟。
1918年6月30日，在北京顺治门(即宣武门)外的岳云别墅召开了由李大钊、王光祈、周无（即周太玄)、陈清、张尚龄、曾琦、雷宝菁7人参加的发起人会议，决定王光祈任书记、李大钊任编辑,年纪最轻的周无任文牍。1919年7月1日，“少年中国学会”这个在“五四”时期会员最多、分布最广、影响极大的进步社团正式成立了。该学会在国外的会员以旅居法国者为最多。1921年3月27日成立了巴黎分会，周太玄当选为书记。南洋、东京、纽约等地会员均由巴黎分会联系。
1917年，经吴玉章介绍，周太玄加入了华法教育会，积极学习法文以备赴法。第一次世界大战结束后，巴黎和会于1919年1月18日召开，为了尽快地向国人报道巴黎和会的真实消息，周太玄于这年旧历正月初一即前往法国。他在征得吴玉章的同意，并在华法教育会倡导者之一的李石曾支持下迅即办起了巴黎通信社。
由于中国代表团所提出的取消“二十一条”和列强在华特权的要求被帝国主义国家否决，中国国内形势一触即发。“巴黎和约”又肯定日本侵夺中国山东的权益，北京政府代表团准备签字。“巴黎通信社”最先将这一消息传回国内，由各报披露出来，不久，便爆发了“五四”运动，北京政府被迫拒绝签字。
1919年底，周太玄又开始创办《旅欧周刊》,并筹办《华工周刊》，次年，《华工周刊》改为《华工旬刊》开始出版。《旅欧周刊》为周太玄主编，其中大部分文章是他所写。该刊大量刊载了宣传讨论勤工俭学、工读主义、华工状况以及社会改革等反映新思潮的文章。《华工旬刊》由周太玄、李立三、赵世炎一起创办，是主要反映华工生活的刊物。这期间周太玄结识了周恩来、陈毅等。
1920年，周太玄结束了刊物的工作，进入法国南部的蒙彼利埃大学学习博物学。1924年毕业，获教育硕士学位，迅又进入巴黎大学研究院。这期间曾在法国科学院、法国动物学会、生物学会的刊物上发表过许多研究报告、论文和所绘详图，并解决了细胞器一高尔基体的染色问题，从而确切地证实了它的存在。加以他对腔肠动物尤其是对水母研究的成就，1930年被授予法国国家理学博士学位。直到1949年苏联出版的《下等动物胚胎学》中还引用了周太玄的图和叙述，足见其当时达到的水平。
1930年他应成都大学校长张澜之聘回国，以中华教育文化基金委员会动物学讲座的名义同时在成都大学、成都师范大学任教。1931年三大学合并为国立四川大学，他又被聘为教授、理学院院长兼生物系系主任。
1931年“九一八”事变爆发，四川军阀又在成都展开激烈的巷战。周太玄对现实社会深感失望。1936年再度旅欧进行科学考察，曾为《大公报》、《国闻周报》撰写过多篇文章,对积弊日深的社会进行了抨击。归国后开始暗暗研究马列主义经典著作和学习俄语，为救国救民进行新的求索。
1948年至1949年期间，是旧《大公报》新生的时期，周太玄曾致函王芸生，指出：“未来一二年是整个国家重大转变之年，……希望《大公报》能以新的姿态出现……”继之，周太玄担任了香港《大公报》顾问并主持社评委员会工作，对该报言论开始站在人民一边作出了贡献,在统战工作方面，也发挥过积极的作用。
1950年他担任西南军政委员会和文教委员会委员，并作为特邀代表出席了全国政协第一届第二次会议，此后继任全国政协第二届、第三届、第四届委员会委员直至去世。1951年9月任四川大学校务委员会主任委员，1952年9月任重庆大学校长、西南行政委员会委员。1953年调北京，先后任中国科学院常务委员会委员、学术委员会委员，中国科学院编译局副局长、局长，中国科学出版社社长兼总编辑。自1955年开始又兼任中国科学院动物研究所一级研究员。此间,他曾组织人员从鸭绿江口到北海市对中国沿海地区水母分布进行了普遍的调査，此外还参加了国际合作的调査，为中国此项研究工作奠定了基础，填补了国内水母研究的空白，被称为中国腔肠动物研究的鼻祖。
周太玄作为中国科学出版社第一任社长，为建立新中国第一个具有一定规模和水平的综合注自然科学出版社做了开创性的工作。主持编辑出版了《世界科学译丛》、《中国动物图谱》、《动物志》、《建国十年科学成就》等许多具有较高水平和较大影响的科技书籍。为中国科技出版事业和科学的发展作出积极的贡献。
周太玄一生勤于著述，并十分重视科学普及工作。留下来的有七部关于生物学的著作，重要的有《Chiysaora生活史之研究》、《动物心理学》等。译著有11部，重要的有《达尔文以后生物学上诸大问题》、《人的研究》、《人的科学》、《物种》等。此外他还撰写了大量的科学论文，科普书籍，教育、文学、哲学、宗教等方面的评论和大量的政论文章。他的长篇科学论文《瞻望人类的未来》，引起科学界的瞩目。他还翻译过法国著名诗人爱米尔•德巴克斯和保罗•凡尔勒仑的诗作，是将保罗•凡尔勒仑介绍到中国来的第一人。他的《诗的将来》对诗歌理论也作了重要的探索。他的诗歌《过印度洋》曾广为流传，脍炙人口。他有一些诗歌被收入《中国新文学大系》中，为他贏得了很髙的诗名。
周太玄曾于1953年加入中国农工民主党，历任该党北京市委员会委员和中央委员会委员。
1968年7月23日周太玄在北京病逝。1978年12月22日在北京八宝山革命公墓举行了骨灰安葬仪式。