1931年2月7日出生于镇海城关。1948-49年在上海沪江大学求学。1952年毕业于燕京大学化学系。此后一直在北京大学任教。1991年当选为中国科学院院士。现为北京大学技术物理系教授、博士生导师，兼任中国核学会和中国化学会的核化学与放射化学委员会主任委员。

    38年来，刘元方在核化学与放射化学领域作了大量开拓性的工作，在创立和建设我国第一个放射化学专业的教育事业中作出了很大贡献。

    1995年，刘元方在我国开创热原子化学研究。1960年，领导建成了我国第一台5万转/分的浓度集235U的气体离心机。

    1980年，刘元方到美国国立LBL（Lawrence Berkeley Laborator）的诺贝尔奖金获得者西博格（G.T.Seaborg）教授的超重核组工作。这个研究组当时主要从事重锕元素的重离子核反应研究。刘元方相当独立地进行97号元素锫（Bk）的化学工作，解决了从几十种元素中快速分离纯Bk的难题，重制了251Bk的衰变纲图。同时还建立了从核燃料废液中提取Rh、Pd、Tc的优于国外的先进流程。

    八十年代起，刘元方系统地开展了放射性核素标记抗癌单克隆抗体化学的重要研究，其中，111In标记化学等成果具有国际先进水平。他负责的“从金属川矿中提取铑和铱的新方法”，获国家教委技术进步一等奖。

    1993-95年，刘元方担任国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的放射化学与核技术委员会主席。这个委员会汇集另外国际上有名望的放射化学家。委员会的主要职责是讨论和撰写反映放射化学和核技术领域前沿研究的课题报告，供各国同行参考。全部工作本身是没有报酬的。刘元方与委员会的成员们共同努力，完成了一批很有学术价值和水平的报告，均已在IUPAC主办的《纯粹与应用化学》上发表。刘元方的三个研究报告，获得较高评价，均已发表。现在，刘元方任期已满，离开了这个委员会，但他仍深深怀念着这个十分友好的国际合作集体，并感谢这个集体对他的帮助、支持和信任。

    刘元方在核化学与放射化学等领域发表论文120篇，有专着3种。近年来，他在从事生物-加速器质谱学的研究中，又取得了重要成果。