1925年4月2日，叶铭汉出生于上海市。

1937年，从上海萨坡赛小学毕业。

1940年，从上海复旦大学附中初中部毕业，同年进入上海大同大学附中高中部，之后肄业。

1942年10月，离上海去重庆，投奔叔父叶企孙。

1944年，从重庆中央大学师范学院附中高中部毕业，同年9月考入国立西南联合大学土木系。

1945年1月，在校加入青年军参加抗日，抗战胜利后，于当年9月返校复学。

1946年5月，国立西南联合大学结束，复校为清华大学、北京大学、南开大学三所大学，叶铭汉进入清华大学，转入物理系。

1949年6月，从清华大学物理系毕业，并获得学士学位，同年9月考入清华大学研究院为硕士研究生，导师钱三强，进行回旋加速器有关技术的调研工作。

1950年7月，导师钱三强了解到大型科研设备如加速器只能在中国科学院建造的政策，当即命叶铭汉转到中国科学院近代物理研究所工作。因当时尚不具备建造加速器的条件，叶铭汉被安排到王淦昌、萧健领导的宇宙线研究组，参加安装一台云室及其控制线路工作。当年11月赵忠尧回到祖国，近代物理研究所成立了由赵忠尧领导的静电加速器组，叶铭汉被调参加中国第一台带电粒子加速器--700千电子伏静电加速器的研制。

1954年，中国科学院近代物理研究所改名为中国科学院物理研究所，迁到中关村。叶铭汉负责该加速器的搬迁、重新运行和改进。

1956年，参加第二台加速器--2.5兆电子伏静电加速器的研制工作。

1958年初，担任静电加速器组副组长，同年该加速器的能量达到设计值2.5兆电子伏。

1958年，中国科学院物理研究所改名为中国科学院原子能研究所，叶铭汉担任助理研究院。

1964年10月，下乡参加"社会主义教育运动"，1965年底回所。

1966年6月，"文化大革命"开始，叶铭汉被作为"反革命分子"批判。

1969年10月，下放湖北潜江"五七干校"。1972年2月回北京。

1973年3月至1978年3月，担任中国科学院高能物理研究所副研究员。

1979年至1981年，在美国普林斯顿大学做访问学者。

1981年至1982年，在美国犹他大学做访问教授。

1984年2月至1988年8月，担任中国科学院高能物理研究所所长。

1988年8月，担任中国科学院高能物理研究所研究员。

1989年8月，加入中国民主同盟。

1989年至1990年，在日本高能物理学研究所做访问教授。

1990年至1993年，在美国布鲁克海文国家实验室做访问教授。

1994年至1996年，担任中国高等科学技术中心学术副主任。

1995年至1996年，在德国DESY做访问教授。

1995年，当选中国工程院院士。

1996年，担任中国高等科学技术中心学术主任。

2024年10月4日12时30分，叶铭汉因病医治无效在北京逝世，享年99岁。