1949年徐蚌会战开打后，田长霖随一部分家人疏散到柳州，并在当地就读高中。同年四月撤退至台湾，七月进入建国中学。1951年建中毕业，高考机械工程科优等第一名，考取国立台湾大学机械工程学系。1955年台湾大学毕业。1956年陆军官校预备军官训练班第四期毕业后，前往美国肯塔基州读书 。 1957年取得肯塔基州路易斯维尔大学（University of Louisville）机械工程硕士学位，之后仅用一年半时间就攻下了博士学位。1959年在普林斯顿大学（Princeton University）取得文学硕士以及机械工程博士。1960年任柏克莱加大机械工程系助理教授(1960-1964)。1962年获得加大“杰出教授奖”。1964年任柏克莱加大机械工程系副教授(1964-1968)1965年荣膺古根汉学者(Guggenheim Fellow)1968年任柏克莱加大机械工程系教授1969年任柏克莱加大热系统工程系主任(1969-1972)1976年40岁就当选为美国工程科学院院士，成为美国乃至世界传热学的掌门人，他还相继荣膺世界传热会议，美、日、法等国际最高学术机构及有关国家高级科学家奖。1983年任柏克莱加大研究副校长(1983-1985)1987年柏克莱加大马丁柏林讲座教授1988年任尔湾加大执行副校长、杰出教授(1988-1990)、当选第十七届中研院院士。1998年接受香港特首委任为创新科技委员会主席。1989年香港学者协会选出为杰出华裔学者。 1990年7月1日，他毅然决然地冲破美国社会限制少数族裔的“玻璃天花板”，从258名高手中脱颖而出，成加州大学伯克利分校122年历史上、也是美国有史以来的第一位华裔及亚裔大学校长。在美国大学校长虽没有任期限制，但由于种种压力，一般均半途而废。据全美调查机构统计，美国大学校长平均任期只有3.2年。而田长霖则整整干了7年，而且是在危机四伏时受命，辞职时却是伯克利加大的巅峰时期，而且还开创了许多加州大学、美国乃至世界高校之最。田长霖在校长任职期间，促成了伯克利加大各个方面的进步。1994年被选为中国科学院外籍院士。1996年7月8日，田长霖向加大总校长艾金逊正式提出，将于1997年6月30日前辞去校长职务，届时他的任期已满7年。艾金逊立即发了一封信，针对田长霖的辞职函予以回应，他说：田长霖离开伯克利加大校长职位，是加大的一大损失。田长霖辞职的消息公布后，各界人士纷纷表示震惊和惋惜 。1999年南京紫金山天文台将编号3643的小行星命名为“田长霖星”，以表彰田长霖对教育以及社会的贡献。2000年6月当选为中国工程院外籍院士 。 2002年10月29日田长霖因中风并发症在加州红杉城病逝。悼念仪式2日举行，布什总统托人捎话向田长霖夫人致哀，布什说，田长霖是杰出的教育家，是世界知名的科学家，对国家、民族、教育及科技都有很大的贡献。田长霖的逝世，对华人、对美国都是损失 。在田长霖逝世以前，获香港特别行政区政府授予大紫荆勋章，以表彰他积极促进香港创新及科技发展。
