1961年北京大学历史系研究生毕业。

1961年2月至1985年4月在北京大学历史学系考古教研室任教，历任讲师、副教授、教授。在北京大学任教期间，先后讲授了战国秦汉考古、考古学理论与方法、古代文献目录学等课程，为国家培养了大批优秀的考古专业人才。为了科学研究和教学实习，他长期从事野外考古工作，先后主持了北京昌平雪山遗址、山东临淄齐古城遗址、湖北黄陂盘龙城遗址、湖北江陵楚都纪南城遗址、陕西岐山和扶风周原遗址、青海大通上孙家汉晋墓葬群、湖北当阳季家湖遗址、青海循化苏志卡约文化墓群、湖北沙市周梁玉桥、河南班村等遗址的调查和发掘；领导了三峡库区及迁建区的文物普查、规划与发掘抢救工作；指导了南海水下考古、福建海域考古以及内蒙古、山东等区域的航空考古工作；推动了古代DNA研究的进展。

1985年5月以后，在中国历史博物馆工作，历任副馆长、馆长、学术委员会主任。在此期间，他主持修改了自1959年以后长期未变的中国通史陈列，吸收了许多新的研究成果，充实了大量新的展品，增强了陈列内容的科学新和学术性；为了提高中国历史博物馆的学术影响和国际地位，他努力发展国际学术交流和友好交往，与国外博物馆学界建立了广泛的联系；作为一位远见卓识的考古学家，为了将中国的考古学推向世界，他克服了重重的困难，组建了我国第一支水下考古和航空考古队伍，填补了中国在这些领域的空白。

俞伟超在考古类型学、考古地层学、文化因素分析、考古学文化论、周代用鼎制度、古代公社组织、楚文化、汉文化、羌戎文化等方面的研究有独特见解。曾主持白鹿原墓葬、湖北班村、长江三峡文物保护等重要考古工作，在考古学理论建设、田野发掘、多学科综合研究等领域均有突出成就，被誉为“新考古学派”的开拓者，也是我国水下考古、航空考古、环境考古及古代遗传物质考古等新学科的奠基人。他在博物馆学、文物管理与保护等领域均有很大贡献。

俞伟超先生在北大和历史博物馆工作期间，曾先后主持过北京昌平雪山、山东临淄、湖北黄陂盘龙城、江陵纪南城、山西垣曲商城、三峡水库等重要遗址的考古发掘，建立了我国第一个水下考古、航空遥感考古实验研究室。

俞伟超长期研究考古学、先秦两汉史，取得多方面的成就。他发起和主持了“中国通史陈列”的第三次修改，他还主持三峡库区工程文物保护规划的制订，指导并负责水下考古和航空考古工作，他最近重点研究古代巴人的DNA比较，二里头文化与河南龙山文化的DNA比较，编撰秦汉考古学。

俞伟超的论著丰富，代表作是：《三门峡漕运遗迹》（科学出版社1959年出版）、《先秦两汉考古学论集》（文物出版社1985年出版）、《中国古代公社组织的考察》（文物出版社1988年出版）、《考古学是什么》（中国社会科学出版社1996年出版）。他还主编了大型图录《华夏之路》、《中国通史陈列》。

专著有《考古学是什么》、《古史的考古学探索》、《考古学伊甸园》、《考古类型学的理论和实践》等。

俞伟超先生对考古文博事业的深沉挚爱和忘我投入，永远是我们学习的榜样。即使在“文化大革命”中受到残酷的迫害、身心遭受严重摧残的情况下，他仍然顽强的继续考古学的研究，冲破重重阻力，坚持带领学生进行野外考古工作。三峡工程上马之后，从1993年起，他就为三峡库区的文物保护工作奔走呼号，并两次亲自考察了库区文物，他毫不犹豫的承担起三峡库区文物保护规划组组长的重任。在三年多的时间里，他以六十多岁的高龄，跑遍了三峡库区的山山水水，指导整理出数千处古代遗迹、遗址档案，完成了三峡库区文物保护规划方案，为三峡库区的文物保护作出了巨大的贡献。在晚年重病缠身，身体日渐衰弱的情况下，他仍然孜孜不倦读书写作，发表了多篇才华横溢的学术论文。

1987 年，在他的努力下，国家水下考古协调小组和中国历史博物馆水下考古学研究室相继成立，而水下文物保护也被正式摆上议事日程。俞教授为了三峡地区文物的保护，毫不犹豫地承担起三峡库区文物保护规划组组长的重任。在三年多的时间里，他以 60 多岁的高龄，跑遍了三峡库区的山山水水，指导整理出数千处古代遗址及遗址档案，完成了三峡库区文物的迁移工作。他积极倡导将 DNA技术用于考古学，重点研究了古代巴人的 DNA比较，二里头文化与河南龙山文化的 DNA比较，他与中国科学院遗传研究所合作，通过对古人类骨骼的 DNA 鉴定，探讨古代社会血缘集团与文化圈之间的关系，编撰秦汉考古学。他思想的开放性和前瞻性，是他永远属于考古学的未来。