徐光宪出生于浙江省上虞县（今绍兴市上虞市），徐光宪是家中最小的孩子，父亲在一所律师楼任职，在上学前，作为父亲的徐宜况就开始用中国古代数学命题——“鸡兔同笼”以及中国国粹围棋来培养徐光宪的逻辑思维能力。

高小霞出生于浙江省萧山县，和徐光宪不同的是高小霞家里的经济情况一直都不好，穷人家的孩子早当家，为了上学，小小年纪的她不得不在外工作补贴家用，好不容易考上大学，这时父亲在疾病中去世，家庭失去支柱，上大学时她只能白天听课，晚上当家庭教师。

1940年，徐光宪和高小霞考入了交大，当时交大叫国立交通大学，后来改为私立南洋大学。当时抗日战争已经开始了，条件比较艰苦，学校里根本没有宿舍，同学们都住在自己家里。徐光宪说：“学校的校风一直都很严谨，即使是在抗日战争这样困难的环境中，我们也在交大接受了很好的教育。”

徐光宪和高小霞在交大念的是化学系，功课很多，4年要修160多个学分，进校的时候班上一共有28个学生，但是有的中途辍学，有的转学，毕业的时候就只有18个学生了，徐光宪和高小霞坚持下来了，并且高小霞是最后剩下的学生中唯一的女同学。毕业时，徐光宪是班上第一名，高小霞也在全班前五名。

怀着对祖国的爱，徐光宪和高小霞在亲戚朋友的资助下，先后赴美留学。高小霞回忆说：“那时候，我们有一个模糊的科学救国概念，认为出去多学一点总会有用的……”。徐光宪仅用一年的时间就获得了硕士，此后又在哥伦比亚大学获得博士学位。同时高小霞也在美国纽约大学获得了硕士学位。

1950年抗美援朝战争爆发，美国宣布禁止中国留学生回国，虽然当时不止一个人提出让他们夫妇俩留在美国，毫无疑问，留在美国他们会有更好的生活和前景，但是他们一致认为：科学无国界，但科学家有国界。怀揣着最单纯的爱国之情，徐光宪毅然放弃美国工作的优厚待遇，高小霞毅然放弃获得博士学位的机会，假借回国探亲的名义，辗转回到了最需要他们的祖国。

回国后，两人同时在北京大学任教。

徐光宪的研究领域较宽，涵盖物理化学和无机化学，在量子化学和化学键理论、配位化学、萃取化学、核燃料化学、稀土化学、串级萃取理论及其应用等方面都有突出的成就。

1955年8月，根据中央决定搞“两弹”的部署和钱三强先生的建议，北京大学成立核物理和放射化学专业，培养国家需要的人才。根据钱三强先生的推荐，徐光宪被任命为教研室主任，开始从事核燃料萃取化学的研究。

1959年 2月，徐光宪开始从事铀-235同位素分离方法的研究，由此开始研究核燃料化学和萃取化学，进入了国防科技研究领域文革后，1972年徐光宪回来时，原子能系搬到陕西汉中，组织上将徐光宪调回了化学系，他开始做稀土萃取研究，后来就一直从事化学研究。

徐光宪在科研上三次转向，在四个方向开展研究，他的一生就是祖国需要什么，就做什么。徐光宪在我国化学界辛勤耕耘了50多年，为我国科学研究水平的提高作出了突出贡献。