1984年获南京大学物理系原子核物理专业学士学位,同年为丁肇中教授选中,赴其领导的L3实验深造。1984年5月,即将从南京大学毕业的王贻芳来到上海。在这里,他将参加丁肇中面向全国招收高能物理研究生的面试。通过笔试进入面试的王贻芳第一次见到了影响他一生的导师——丁肇中教授。王贻芳获得了丁肇中的青睐。随后11年,从1985年到1996年,他在丁肇中的指导下研究高能粒子,参与L3实验。这为他以后从事中微子的研究打下了坚实的基础。丁肇中的L3实验位于瑞士日内瓦的欧洲核子中心,那里拥有世界最大的粒子加速器。在L3实验组,王贻芳展露了物理天赋:一年时间内发表3篇论文。1990年出任“新粒子寻找组”组长,在所有L3实验物理分析小组组长中,唯有他是一名学生。1991年9月至1992年6月在意大利国家核物理研究所任Research Staff(研究人员)。1991年,在被L3实验组内部认为是不可能的情况下,精确测量出了陶轻子的极化。1992年获意大利佛罗伦萨大学博士学位。1996年,他向丁肇中请辞,并成为斯坦福大学项目里的骨干技术人员。1992年6月至1996年3月在美国麻省理工学院核物理实验室任Research Staff(研究人员)。1996年4月至2001年2月在美国斯坦福大学物理系任Research Associate(助理研究员)。 2000年,王贻芳入选中国科学院“引进国外杰出人才”,2001年12月他回到祖国,担任中国科学院高能物理研究所一名普通的研究员。 2002年获得国家杰出青年科学基金。 2013年入选国家“万人计划”杰出人才。 2012年3月8日,王贻芳团队实验测得新的中微子振荡模式,该实验曾入选2012年年末美国《科学》评选的“2012年十大科学进展”。 现任中国科学院高能物理研究所所长,北京正负电子对撞机国家实验室副主任,核探测与核电子学国家重点实验室主任,中国物理学会高能物理分会副理事长,中国核学会核电子学与核探测技术分会理事长,亚洲未来加速器委员会副主席,国际未来加速器委员会委员,全球华人物理学会理事。