2001年4月，任中国空间技术研究院501部东方红四号卫星大平台指挥；12月，任中国空间技术研究院501部总体专业技术部部长。

2008年，获得北京航空航天大学博士学位；9月，任中国探月工程副总设计师。

2011年，入选科学中国人年度人物名单。

2021年，当选为中国科学院院士。

2022年8月，任中国探月工程（四期）总设计师。

于登云参加了中国“东方红3号”通信卫星、资源一号卫星、资源二号卫星、北斗导航星、载人飞船、探月工程和有关小卫星等多个型号工程研制与管理工作，从系统工程、动力学与控制角度，为型号工程解决了一系列关键性问题。

于登云在多引力场轨道动力学与控制、高轨微振动环境优化控制、复杂系统耦合动力学与控制等三方面的理论方法与实践上取得了成果，主持或参加了嫦娥四号、高分四号、资源一号等多个中国国家重大航天工程的研制，解决了人类首次月背着陆探测复杂约束下的轨道设计与控制、国际首颗高轨高分辨率遥感卫星高质量成像等一系列关键技术难题。

截至2023年3月，于登云已在中国国内外学术刊物及会议上发表论文80余篇，撰写技术报告40余篇，编著著作5部。

截至2023年3月，于登云已获得发明专利26项。

截至2023年3月，于登云已获得国家科学技术进步奖特等奖2项、一等奖1项、三等奖1项，省部级科学技术进步奖一等奖2项、二等奖7项、三等奖1项，国防技术发明奖二等奖1项等奖项。

2022年6月，于登云在华中科技大学2022届本科生毕业典礼上寄语学弟学妹：“打好基础至关重要；做好角色转变至关重要；永葆真诚至关重要；树立系统思维至关重要；学会坚持至关重要。要主动学习、主动交流、主动请教，使自己快速适应新角色，就能在新环境中赢得先机，得到较好发展。”

2022年9月26日，于登云在北京航空航天大学讲授“未来空天技术导论”课程。

2019年6月12日，于登云在河北科技学院做题为“中国探月成就与展望”的学术报告。报告主要由探月工程现状、进行探月工程的意义、世界月球探测的发展、我国探月工程的进展以及我国探月后续发展展望五部分组成。报告会期间，于登云以身边之人、身边之事生动的展现了中国航天人追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢的“探月精神”。以金玉之言教育学生，要重视个人品格的培养，重视基础性学习，重视批判性思维的形成，重视合作精神的养成，重视社会活动的参与，要使个人价值与社会价值相统一，个人利益与社会利益相一致。作为当代大学生，要努力练好内功，方能报效祖国。

2023年4月1日，于登云在湖南省武冈市委党校以“我国深空探测发展现状与展望”为题作科技专题授课。报告会上，于登云围绕什么是深空探测、深空探测的意义、世界深空探测的发展等五个方面展开讲解，介绍了嫦娥四号、嫦娥五号、天问一号的探测历程以及取得的一系列空间技术突破和空间科学成果。

“于登云是深空探测和高轨道高分辨率遥感卫星领域领军者之一，为中国探月、高分等重大工程作出了突出贡献。”（中国航天科技集团有限公司评）

“于登云是著名的航天器力学专家，为中国的探月工程、载人航天工程以及高分辨率卫星等国家重大航天工程的顺利实施作出了突出贡献。”（东南大学评）

“他（于登云）是中国和世界航天的杰出代表，深空探测和高轨道高分辨率遥感卫星公认的开拓者和领军者之一，‘载人航天精神’‘探月精神’的主要奠基者和缔造者之一，载人航天、探月工程、高分辨率对地观测的规划者、决策者、推动者之一。”（中国网评）