1901年12月23日（光绪二十七年），林巧稚出生在福建省思明县鼓浪屿的一个教员家庭。
1908年，林巧稚上蒙学堂（女子小学校），之后，就读于鼓浪屿怀仁学校（鼓浪屿女子高中）。1913年升入鼓浪屿高等女子师范学校。1919年毕业于厦门女子师范学院并留校任教。
1921年，北京协和医科大学（今协和医学院）落成，林巧稚考入该校。
1929年，从协和医科大学毕业并获医学博士学位，被聘为协和医院妇产科大夫，为该院第一位毕业留院的中国女医生，也是首届“文海”奖学金唯一获得者。
由于在协和医院工作成绩突出，她提前晋升为住院医师，并在1932年，被学校派往英国伦敦妇产科医院和曼彻斯特医学院进修深造。1933年，到奥地利的维也纳进行医学考察。1939年，到美国芝加哥大学医学院当研究生。
在出国学习期间，参观了剑桥大学、纽汉姆大学，又在马里兰医学院的妇产科里进修实习了两个月。她几乎用尽了实验室工作之外的所有时间，到有丰富资料的图书馆学习，中午拿出一份夹心面包充饥。除此之外，还广泛地参观了伦敦各家医院和科研机构，如蔡尔斯妇科医院、伦敦妇幼医院、伦敦妇婴医院等。参观了镭放射治疗中心站将先进科学技术应用于医学领域的设备，这启发提供了她的研究思路，奠定了她研究治疗绒毛膜上皮癌的基础。最后她又到英国皇家医学院妇产科学系，在自己的老师科主任的实验室内进行小儿宫内呼吸课题的研究，她的研究成果被推荐到伯明翰市举行的英国妇产科医学会议上交流，受到好评。
1940年，林巧稚被美国方面聘请为“自然科学荣誉委员会”委员。同年回国，不久升任妇产科主任，成为该院第一位中国籍女主任。
1941年底，北京协和医院因太平洋战争被日本人占领，她同所有医务人员一起被赶出了医院。因为战争，她的医学科学研究终止了将近10年。
1942年，在北京东堂子胡同开办私人诊所，为了减轻病人的负担，她主动采取降低挂号费、对贫穷患者医疗费减免等措施。不久，又担任了中和医院（前身为中央医院，今为北京大学人民医院）妇产科主任。
1946年，受聘兼任北大医学院妇产科系主任。同年，医学教育家李宗恩受命恢复协和医院，多次邀请她重返协和，她再三考虑，辞去了两院主任职位，停止了诊所开业，于1948年返回协和医院，同时又把她的学生一起调回了协和医院妇产科，并在此工作直至去世。
1956年6月，中国第一个妇产专科医院北京妇产医院建成，林巧稚担任第一任院长。
1959年，林巧稚当选首届中国科学院唯一的女学部委员（院士），并被任命为中国医学科学院副院长。
文革开始，随着协和“收归国有”，一场轰轰烈烈的“改造”运动展开。林巧稚被划为“重点改造对象”、“反动学术权威”，被发配到病房做护工，清洗便盆、倒痰盂……这些工作她都做得一丝不苟，毕竟，她还没有离开协和，她说这已经是再幸运不过。“文革”结束后，林巧稚已近80岁，体质逐渐衰弱。
1972年至1974年，先后出访美国、加拿大、瑞士、法国等国家进行学术交流。
1973年，受聘为世界卫生组织医学研究顾问委员会顾问，任期5年，至1977年。
1978年12月，林巧稚和楚图南率中国人民友好代表团赴西欧四国访问，在英国因患缺血性脑血管病返回中国。在首都医院，经检查，她被确诊为高血压动脉硬化、脑血栓、心脏病。患病期间，她开始在轮椅上、病床上写关于妇科肿瘤的书籍，直至4年后，50万字的专著《妇科肿瘤学》完成。
1980年12月2日，病情加重被送进医院。虽遭亲友劝阻，但她还坚持工作。此时，她早已不是住院医师，但她要求值班医生和护士，只要病人出现问题，即使是半夜也要马上通知她。甚至在去世前一天还接生了6个婴儿。
1983年春，林巧稚病情恶化，陷入昏迷，她总是断断续续地喊：“快！快！拿产钳来！产钳……”这时护士就随手抓一个东西塞在她手里安抚她。同年4月22日，林巧稚在协和医院逝世。遗嘱中，她将个人毕生积蓄3万元人民币捐给医院托儿所，骨灰撒在故乡鼓浪屿的大海中。
林巧稚曾带领医务人员深入城乡，考察妇女和儿童的疾病，主编了《家庭卫生顾问》、《家庭育儿大全》等书。率先对妇产科学许多方面进行了研究，许多研究结果发表于《用造袋术治疗后腹壁囊肿一例》等文章中。这些都是中国以往妇产科医学史所未涉及到的领域。（注：外文文献中林巧稚署名为Lim KT）
林巧稚．用造袋术治疗腹壁囊肿一例．中华医学杂志，1930，16．
Lim KT．Spontaneous pneumothorax In new born．Chin Med J．1932，46：986．
Lim KT．On foetuses with cephalic malformations delivered in Peking Union Medical College Hospital from July 1st 1922-Jan 1st 1934．Chin Med J，1956，49：624．
Chin TL，Lim KT．The yeast-like fungi found in the bagina of pregnant and non-pregnant women．Chin Med J，1936，50：1211．
Leach CN，Zia SH，Lim KT．Attempt to immunize newborn infantants to tetanus neonatorum through administration of tetanous toxoid to Pregnant mother．Am J Hyg，1946，24：439．
林巧稚．乙酰胆碱在正常分娩机制中的作用．中华生理学杂志，1949，17．
林巧稚，连利娟，唐敏一．从病理检查和尿绒毛性腺激素定量试验讨论子宫绒毛膜．上皮癌的预后．中华妇产科杂志，1957，2：128．
北京协和医院妇产科教研组，北京妇产医院．北京市88988居民地区子宫颈癌普查结果初步报告．中华妇产科杂志，1960，8：99．
林巧稚，连利娟．24例良性葡萄胎及恶性葡萄胎转移的研究．中华妇产科杂志，1963，9：271．
林巧稚，连利娟．恶性葡萄胎85例诊断及预后的探讨．中华妇产科杂志，1964，10：370．
林巧稚．避孕、人工流产和输卵管结扎术的几个问题．人民军医，1964，5：32-27．
林巧稚，主编．农村妇幼卫生常识问答．北京：人民卫生出版社，1957．
林巧稚，主编．家庭卫生顾问．北京：北京出版社，1981．
林巧稚，主编．家庭育儿百科大全．北京：北京出版社，1981．
林巧稚，主编．妇科肿瘤学．北京：人民卫生出版社，1982．
女性盆腔病症
20世纪30年代初，她对胎儿宫内呼吸、子宫出血致病的生理原因和不同职业妇女出血状况进行研究。研究较为多见的盆腔脏器的炎症，如盆腔炎、盆腔结核等对生殖系统的影响，研究细菌学和尿道细菌学。
从临床统计学中，她发现，妇科病是占妇女发病率的2/3。当时，国家贫困落后，医疗卫生条件极差，妇女尤其难躲产前产后关，难产婴儿死亡率极高，子宫出血、宫颈糜烂等病成了常见病，她实感自己责任重大，同时，她还在寻找妊娠生理原因，研究月经和排卵的科学原理，这一现象同身体状况的内在联系。1939年，医院要她研究妇产科基础理论，因她获得了去芝加哥大学妇产科学系学习的机遇，在生理学、妇科肿瘤、内分泌和畸形胎儿等方面进行了研究。
新生儿溶血症
1950年代，某女工因新生儿溶血症连续夭折了三胎后写信向林巧稚求助。新生儿溶血病当时在国内还没有成活的先例。为了圆这位女工的母亲梦，林巧稚查遍国外最新的医学信息，提出和进行了大规模的妇科病普查普治，约有关专家座谈，创造出用脐静脉换血的方法治疗新生儿溶血症，填补了中国妇产科医学的空白。
妇科肿瘤
1940年代末，她就开始对滋养细胞肿瘤和其他妇科肿瘤的研究。
据她掌握的不完全统计，每年大约有100多万妇女死于癌症，她深感癌症是妇科疾病的最大难点。重返协和医院后，就组织在染色质、染色体的遗传学方面进行探讨，提出病毒可能是肿瘤的病因之一。她带领学生对葡萄胎、子宫绒毛膜上皮癌进行长期了解和跟踪检查。总结1948年7月到1958年12月底接收住院的158人滋养细胞肿瘤患者，其中良性葡萄胎86人，恶性葡萄胎27人，绒毛膜上皮癌42人，合体细胞子宫内膜炎3人。恶性葡萄胎病例中24例发生远处转移，86例良性葡萄胎竟有9例发生远处转移，这一事实推翻了国外专家自1947年以后根据200例葡萄胎病例分析，认为良性葡萄胎不转移的结论。
在她分析癌症发展变化的同时，北京市政府接受了她对妇科的普查建议，于1958年9月经她组织抽样83个机关单位、27所学校、22处居民地段的7万多29岁以上妇女进行检查，结果发现患有子宫颈糜烂、子宫颈瘤、子宫颈癌、葡萄胎和绒毛膜上皮癌者都各占一定比例。60岁之后，她知道自己在有生之年未必能彻底征服癌症，便找来学生连利娟、宋鸿钊，把自己自1948年以来所积累下来的癌症追踪资料全部交给了他们。
林巧稚不但给有钱有势的妇女看病，对穷苦百姓都一视同仁，交不起钱的病人，她就免费治疗。她有一个出诊包，包里总放着钱，以便随时接济贫困百姓。中华人民共和国成立之后，她在协和医院门诊看病，同样鼓励平民百姓不要挂她的专家号，告诉他们“挂我的普通号，同样是我给你看病”。她教育妇产科所有的人，救活一个产妇、孕妇，就是救活了两个人。百姓为了感谢她的救命之情，把在林巧稚手里接产出生的孩子起名“念林”、“爱林”、“敬林”、“仰林”等名字，以示对林巧稚的永久纪念。
林巧稚对待病人极为温柔耐心，因此很多妇女千里迢迢赶到协和找林大夫。原协和医院副院长黄人健回忆说，她曾看到林大夫掏出几十块钱给一个流产的贫穷妇女，让她买营养品。“那时林大夫的工资是300块，像这样资助病人的情况太常见了。”
早在“文革”前的1965年，她还捐出去过两笔存款。一笔是她在美国学习期间节省下来的生活费，折合成人民币约9700元；另一笔是她任中科院学部委员后积存下来的车马费，共7000元。在当时，这笔钱还算是不小的数目。她把这些钱捐给了医院，希望院领导用于改善医院幼儿园的条件。
获得北京协和医学院医科学士及美国纽约州立大学医学博士学位，是当届“文海”奖学金唯一获得者。
1960年，被评为全国教育和文化卫生方面的社会主义建设先进工作者，全国“三八红旗手”。
2009年9月14日，被评为100位新中国成立以来感动中国人物之一。
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