在西南联合大学期间，叶铭汉逐渐对物理产生兴趣。1946年5月，西南联合大学复校为清华大学、北京大学、南开大学，叶铭汉复校时选择转入清华大学物理系。

1949年，叶铭汉从清华大学毕业，后考入清华大学研究生院，师从钱三强从事原子核物理研究工作。

1950年7月，中国科学院近代物理研究所成立，根据钱三强的建议，尚未完成硕士学业的叶铭汉来到中国科学院近代物理研究所，从研究实习员做起，追随核物理学家赵忠尧，参与中国第一台和第二台静电粒子加速器的研制，并在其上开展了核反应实验和应用研究。

20世纪50年代的中国正处于“一穷二白”时期，中国要发展核物理就需要有加速器，需要有探测器。刚到近代物理所的叶铭汉加入了由赵忠尧主持的静电加速器组，开始静电加速器的研制，负责0.7兆电子伏特质子静电加速器的离子源和加速器的后期总装。依靠赵忠尧从国外带回来的加速器部件，最终在1955年建成中国第一台带电粒子加速器。

之后叶铭汉又参加了由赵忠尧领导的2.5兆电子伏特质子静电加速器的研制工作，于1957年底初步建成出了质子束。1958年，叶铭汉任静电加速器组副组长，负责加速器的改进和运行，改进后的静电加速器稳定性提高，各项指标均达到了当时国际上同类型加速器的水平。1962年，通过自行研制的加速器，叶铭汉选用了合适厚度的靶发现了24Mg 的一条新能级，这表明中国当时的加速器技术和探测器的水平都达到了一定水平。

1964年，叶铭汉被安排下乡参加“社会主义教育运动”。不久，“文革”开始，他又成为“反革命分子”，是重点批判对象。1969年，被下放湖北潜江“五七干校”。 

1972年，各地“干校”陆续解散，叶铭汉返回北京投入到静电加速器的应用研究。为了推动高能物理研究和高能加速器的研制，中国科学院于1973年在原子能研究所一部基础上成立中国科学院高能物理研究所，叶铭汉随即调入高能物理研究所，并由此转向高能粒子探测器的研究开发。 

1975年，叶铭汉和其他研究人员决定放弃国际上高能物理探测器以泡室、流光室为主流的方案，成立研究小组专门研究多丝正比室、漂移室，同时在所内合作研制新的电子学插件和数据获取系统。1977年，任电子学探测器室室主任。1978年，在中国首先实现多丝正比室计算机在线数据获取，成功建造了中国第一个大面积漂移室；3月，晋升为研究员。1979年，赴美国布鲁克海文国家实验室考察。

为帮助中国早日建成对撞机，诺贝尔物理学奖得主李政道专门设立了一个访问学者项目，让中国学者可进入美国尖端高能物理实验室工作。叶铭汉因该项目于1979年底到普林斯顿大学做访问学者。1981年到犹他大学做访问教授。

1982年，叶铭汉返回中国，担任高能物理研究所物理一室主任，负责北京正负电子对撞机的“眼睛”——大型粒子探测器“北京谱仪”的研制。1984年，任中国科学院高能物理研究所所长，带领全所建设北京正负电子对撞机。1988年8月，卸任中国科学院高能物理研究所所长职务；10月，对撞机工程完工，实现了正负电子的对撞。

1989年，叶铭汉在双β衰变实验中，得到了新的衰变寿命下限，该数据被PDG引用，合作者有游科、祝玉灿、何祚庥、郑志鹏、庆承瑞等；同年，加入中国民主同盟。

1989年7月至1990年9月，叶铭汉在日本高能物理研究所高能加速器研究机构（KEK）做访问学者。1990年12月至1993年1月，在布鲁克海文国家实验室（BNL）做访问学者。

1994年，叶铭汉“退而不休”，在李政道建议下进入中国高等科学技术中心工作，通过建立学术交流平台，推动了中国基础科学研究的发展。

1995年7月，叶铭汉当选中国工程院院士。1995年7月至1996年7月，在德国电子同步加速器中心（DESY）做访问学者。1996年，任中国高等科学技术中心学术主任。

2024年10月4日，叶铭汉在北京逝世，享年99岁。

20世纪50年代初，叶铭汉参加中国第一台和第二台带电粒子加速器（700仟伏和2.5兆伏静电加速器）的研制。建成质子静电加速器后，负责其运行和改进，率先在中国开展低能核物理实验。50年代中期开始对探测技术的研究，研制和发展了多种探测器：漂移室、闪烁计数器、重粒子磁谱仪、多丝正比室等；60年代初，在24Mg能级的测定上，做出了国际水平的成果。

20世纪70年代初期，叶铭汉开展静电加速器质子束在固体激光器件制备方面的应用研究；80年代中期，领导48Ca双β衰变实验，把该衰变的半衰期寿命下限比吴健雄先生的实验结果向上推了将近一个数量级，开辟了中国首次在地下进行的精确基础物理实验测量。1982年至1988年，负责北京谱仪的设计和建造，参加领导北京正负电子对撞机的研制。1984年至1988年，领导完成北京正负电子对撞机和北京谱仪，北京谱仪包括漂移室、飞行时间计数器、簇射计数器、μ子鉴别器、亮度监测器及其电子学读出线路、计算机控制和数据获取系统、大型磁场线圈等。

截至2024年10月，叶铭汉在国内外学术期刊发表论文100余篇。

叶铭汉在中国科学院原子能研究所任职期间，讲授《静电加速器》等专业课程。

2010年，叶铭汉将1945年在蓝姆伽训练处汽车学校毕业证、1945年在陆军辎重兵暂编汽车第一团四营十连驾驶布标番号及西南联合大学发给他的从军纪念戒指等文物捐赠抗战馆，并被评定为国家一级文物。

2014年4月，中国科学院院士丁仲礼向中国科学院的院士们发出了一封募集图书的信件，准备募集一批院士阅读过的“非专业”书籍，信件发出，也得到了很多院士的回应，叶铭汉捐赠了其从1975年起收藏的原版《国家地理（National Geographic）》杂志，共418册，每本杂志都带着阅读和时光的印记，却本本干净完整，连附带的地图都保存完好。

2024年4月，叶铭汉向中国科学院大学教育基金会捐赠300万元，成立“叶铭汉基金”，用于奖励中国科学院高能物理研究所青年科研人员，支持他们开展高能物理研究。

2010年2月1日上午，叶铭汉在中国科学院高能物理研究所参加新春院士茶话会，就当前学风方面存在的一些问题发表看法。

2012年5月20日上午，中国科学院高能物理研究所与北京市东直门中学共建创新人才培养基地合作协议的签字仪式在主楼C305会议室举行，叶铭汉应邀参加会议并为合作双方授牌。

2021年10月10日，主题为“科学巨擘，天语解道”的学术报告会在中国科学院高能物理研究所举办，庆贺李政道先生九十五华诞，叶铭汉出席活动，并作题为《李政道的成长过程》的主题报告。

2010年12月13日，叶铭汉参加由中国工程院组织召开的“仪器仪表技术发展战略研讨会”，并与与会院士、专家就中国仪器仪表技术发展战略进行交流和研讨。

2012年9月7日，叶铭汉在中国科学院高能物理研究所出席“纪念周恩来总理批示40周年座谈会”。

2021年6月24日上午，叶铭汉出席中国高等科学技术中心（CCAST）学术委员会与顾问委员会联席会议。

2013年7月17日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平到中国科学院考察，并探望当年参与北京正负电子对撞机建设和应用的三位院士：叶铭汉、方守贤、陈森玉。

2014年1月29日，时任中国科学院副院长、党组成员詹文龙一行代表院党组向叶铭汉致以新春的祝贺和问候，并送去慰问信和慰问品；8月28日，时任全国政协常委、副秘书长、民盟中央副主席徐辉等看望叶铭汉；

2015年4月1日，民盟高能所支部代表到“中国高等科技中心”为叶铭汉贺寿，民盟中央副秘书长兼组织部长陈幼平、民盟中国科学院委员会主委种明参加并转达了民盟中央、民盟中国科学院委员会对叶铭汉的祝贺和敬意。

2018年6月26日，民盟高能所支部部分盟员和党办统战负责人李颖前往家中探望叶铭汉，送去慰问和祝福。

2019年9月19日，在中华人民共和国成立70周年国庆即将到来之际，民盟中央副主席、民盟北京市委主委程红，民盟北京市委副主委宋慰祖等一行看望叶铭汉，并送上了由中共中央、国务院、中央军委颁发的“庆祝中华人民共和国成立70周年纪念章”。程红代表民盟北京市委向叶铭汉致以崇高敬意。

2022年2月，叶铭汉参加由王宁主持的中央广播电视总台特别节目《吾家吾国》。

在西南联合大学，叶铭汉与李政道宿舍相邻，两人很快相识。学校图书馆不够大，教室里没有灯，晚上没法看书。学校附近小茶馆茶不贵，叶铭汉、李政道他们付了茶钱之后，可以在那里坐一天，几个人围坐一起，看书、讨论、做习题，那是一段两人都非常珍视的时光。此后，两人一直保持联系，直至晚年。2015年，叶铭汉90岁华诞时，李政道以“铭汉兄”相称，并手写贺信。2021年11月，李政道95岁华诞时，叶铭汉也撰文为李政道庆祝。2024年4月，在叶铭汉百岁华诞上，李政道同样以“铭汉兄”相称，并附贺信。两位大师之间平淡如水又相互关怀的友谊，已成为科学界的典范。

叶铭汉出生于世居上海的一个小康知识分子家庭。其祖父叶景沄曾任清华学校国学教师十余年，并且终身从事教育工作。叶铭汉的父亲曾任上海市南市区电话局局长。叶铭汉自幼体弱多病，性格内向，不擅运动。叶铭汉的三叔是中国近代物理学奠基人叶企孙，是对他一生影响最深的人。叶铭汉兄弟姐妹共七人。

叶铭汉妻子的名字是殷蔚薏，女儿的名字是叶如茵。

您是中国著名的实验高能物理和粒子探测技术专家，是中国低能加速器、低能核反应实验、粒子控测技术和高能粒子物理实验的开拓者之一。为北京谱仪和北京正负电子对撞机的研制做出了重要贡献。（时任全国政协副主席、中国工程院院长徐匡迪 评）

在核物理、加速器等领域，叶铭汉作出了最为重要的科学贡献，成为中国低能加速器、低能核反应实验、粒子探测技术和高能粒子物理实验的开拓者之一。（《中国科学报》 评）

您是中国核物理学领域的领军人物。您的杰出贡献，特别是在祖国正负电子对撞机探测器项目中的卓越领导，使您成为中国现代物理学的骄傲。您的学术洞见和卓越贡献将激励一代又一代的科学家前行。（诺贝尔物理学奖获得者、中国科学院外籍院士李政道 评）

叶铭汉为中国在世界高能物理实验研究领域占有一席之地作出了重要贡献。（《科技日报》 评）

叶铭汉先生是德高望重的长者、潜心研究的科学家，也是言传身教的教育家、掌控大局的管理者。（中国科学院院士、中国科学院高能物理研究所所长王贻芳 评）

您是北京正负电子对撞机和北京谱仪的主要科技领导人之一，为中国粒子物理与原子核物理实验研究、重大科技基础设施建设跻身世界科技前沿作出了重要贡献。（北京大学物理学院 评）

您是中国德高望重、深受大家爱戴的高能实验物理学家、粒子探测技术专家。您在中国低能加速器的发展、核物理实验及高能物理探测技术等方面作出了重要贡献。您潜心种研，辛勤耕耘，硕果累累。您热爱祖国淡泊名利，鲐背之年依然心系国家建设，关心学部发展，积极参加学部咨询评议、学科发展战略和科学道德建设研究，积极为中国高能物理建设、科技体制改革创新人才培养建言献策，堪为科技工作者的楷模。（中国科学院院士白春礼 评）

叶先生对中国高能物理实验发展特别是北京正负电子对撞机和北京谱仪的研制做出了重要贡献。（中国科学院理论物理研究所 评）

贺喜叶翁壮如牛，叶繁果硕遍全球。铭著静电加速器，汉耕高能写春秋。九旬尊君志未休，十载之后再煮酒。华夏科技在强国，诞于沪浦誉五洲。（中国科学院高能物理研究所研究员王焕玉 评）

先生是中国高能物理界的顶尖学者，数十年辛勤努力、不断探索，取得了大量开创性的研究成果，为中国的高等物理研究做出了巨大的贡献。（时任新加坡南洋理工大学高等研究所所长潘国驹 评）

叶铭汉先生是德高望重的长者、潜心研究的科学家，也是言传身教的教育家、高瞻远瞩的管理者。他在世纪人生中的精彩奋斗让我们受益匪浅。在先生身上，我们看到了老一辈清华学长“行胜于言”“追求卓越”的精神。（清华大学物理系 评）

叶铭汉先生一生为中国建造核物理、高能核物理实验基地和在世界高能物理实验研究领域做出了重要贡献。（中国科学院近代物理研究所 评）

叶铭汉先生一生热衷教育事业、躬耕不辍，为中国共产党和国家培养了一大批优秀人才，其中多数已经成为从事高能物理，核物理研究的中坚力量，为中国高能物理事业发展作出了卓越贡献。（吉林大学 评）

叶铭汉院士乐于助人，对人和蔼可亲。他高度爱国敬业、严谨求实、淡泊名利、无私奉献。（中国科学院院士、核物理学家张焕乔 评）

他唯真求实、开拓创新、淡泊名利、平易近人的高贵品质是年轻一代盟员和科研工作者学习的楷模。（中国科学院高能物理研究所 评）