1940 年，洪朝生從清華大學電機工程系畢業，隨後在西南聯大電機工程系擔任電信課助教。1945 年，他遠渡重洋，前往美國麻省理工學院攻讀博士學位，並於 1948 年榮獲美國麻省理工學院物理學博士學位，之後在美國普渡大學進行實習。1950 年，他前往荷蘭萊頓大學實驗室繼續開展工作。
1952 年，洪朝生毅然回國，此後先後在清華大學、北京大學和中國科學技術大學物理學系任教，同年加入九三學社。1953 年，他出任中國科學院物理研究所研究員，肩負起組建低溫物理實驗室的重任。
1961 年，他積極參與創辦中國科技大學低溫物理專業；1978 年擔任中國科學院物理研究所副所長；1982 年 5 月出任低溫技術實驗中心主任；1980 年當選為中國科學院數學物理學部學部委（院士）和常務委員；1986 年 3 月擔任中國科學院物理所第五屆學術委員會副主任、委員；2001 年 1 月當選中國科學院資深院士；2005 年 9 月被聘為中國科學院研究生院兼職教授；2007 年 10 月 12 日受聘為中國科學院物理研究所第十屆學術委員會委員。
洪朝生一生專註於低溫物理與低溫技術的研究。早在 1950 年，他於美國普渡大學進行半導體鍺單晶低溫輸運現象實驗研究時，便驚人地發現了反常電導與霍爾效應，並開創性地提出了半導體禁帶中雜質導電的嶄新概念。
這一偉大發現，後來被半導體物理界敬稱為「洪朝生效應」，成為此後國際上關於無序系統電子輸運機制研究的濫觴。 回國後，洪朝生全力以赴致力於中國低溫事業的蓬勃發展。
1953 年，他在中國科學院物理研究所成功組建了國內首個低溫實驗室，並親自主持研制低溫研究器材。在科研人員的不懈努力下，1956 年成功研制出能夠生產液氫的液化器，1959 年更是實作了氦的液化。
這些關鍵技術的突破，不僅打破了西方國家的技術封鎖，更為中國科學研究奠定了堅實基礎，特別是為「兩彈一星」的成功研制立下了汗馬功勞。1970 年，他率領低溫科研團隊，圓滿完成了大型空間環境模擬系統 KM3 和 KM4 低溫氦制冷系統的研制任務，為衛星上天提供了至關重要的空間環境模擬試驗條件。
洪朝生帶領團隊研制成功的深度制冷機，包括小型脈沖管和 GM 制冷機，為紅外遙感、超導器件、電子器件冷卻和科學實驗提供了穩定且經濟的低溫冷源。在深度制冷機熱力過程的研究中，他敏銳地發現迴圈過程存在直流現象，而多路旁通法是抑制該現象的有效方法之一；他還獲得了高頻交變流動情況下的阻力經驗公式；並找到了采用第二小孔法抑制直流現象的有效方案，此方案已被國際低溫界廣泛采用。
他長期醉心於低溫工程技術與低溫物理的研究與發展工作，在低溫技術研究、低溫工程技術裝置研制方面功績卓著，同時為推動低溫、超導技術在中國科學實驗與新技術中的廣泛套用以及國內、國際學術交流作出了不可磨滅的巨大貢獻。
洪朝生的輝煌成就贏得了廣泛的認可與贊譽，他曾榮獲全國科學大會表彰的全國先進科技工作者稱號，獲得中國物理學會「胡剛復物理獎」、國際低溫工程理事會「門德爾森獎」以及美國低溫工程和低溫材料大會「哥連斯獎」等眾多崇高榮譽。
2018 年 8 月 19 日 10 時 10 分，洪朝生先生因病醫治無效，在北京與世長辭，享年 98 歲。然而，他的科學精神和卓越貢獻將永遠銘刻在中國科學技術發展的史冊上，激勵著後人為追求科學真理而不斷奮進。
