1951年，考入交通大学就读。

1955年10月，毕业于复旦大学，并到中国科学院近代物理研究所工作（后更名为原子能研究所）。

1957年至1960年，在苏联列别捷夫研究所及联合核子研究所实习和工作。

1960年回国后，先后在中国科学院原子能研究所、高能物理研究所工作。

1979年6月22日，加入中国共产党。

1983年至1986年，担任北京正负电子对撞机（BEPC）工程副经理，领导BEPC建造。

1986年至1988年，担任北京正负电子对撞机工程经理，领导团队按期、高质量建造了中国第一台高能加速器——北京正负电子对撞机。

1986年至1988年，担任中国科学院高能物理研究所副所长。

1988年至1992年，担任中国科学院高能物理研究所所长，全面领导研究所工作，实现北京正负电子对撞机稳定高效运行。

1991年11月，当选为中国科学院学部委员（院士）。

1996年06月，当选为中国科学院数学物理学部主任。

2005年至2009年，担任北京正负电子对撞机重大改造工程顾问。

2020年1月19日9时31分，因病在北京逝世，享年87岁。

方守贤于20世纪60年代初，发现等时性回旋加速器中存在着一种由于自由振荡而引起的不等时性现象。1982年—1983年在西欧联合核子研究中心工作，参加新型强流反质子积累环设计、负责聚焦结构设计，发展了一种适合于小中型环形加速器的消色散方法。1983年—1986年参加北京正负电子对撞机（BEPC）储存环设计，对其理论设计作了改进。1986年—1992年全面领导BEPC工程建设、运行及改进，按期完成投入运行，整机性能在国际同能区的机器中占领先地位。此外他还从事强流质子加速器、同步辐射光源、散裂中子源等前沿领域研究。

截至2015年5月，方守贤在中国国内外重要学术刊物上发表论文近30余篇。

2009年8月20日，方守贤调研中国科学院广州能源研究所，并以《先进质子治疗装置（APTF）概念设计》为题作了关于质子用于医疗的科普报告。

方守贤为奠定中国在τ-粲能区粒子物理研究的领先地位做出巨大贡献。（中国科学院评）

方守贤是中国高能加速器事业的开拓者和奠基人之一，在中国加速器技术及大科学装置的发展进程中，方守贤先生以远见卓识多次提出战略性意见，贡献于倡导北京正负电子对撞机重大改造工程、上海同步辐射装置、中国散裂中子源、中国加速器驱动次临界核废料嬗变系统以及中国质子治癌加速器等装置的建设。他通过广泛的国际合作推动中国加速器科技的发展，架起了中国与世界其他国家在加速器领域积极合作的坚实桥梁。（央视新闻评）

方守贤先生治学严谨、诲人不倦，培养了一批杰出人才和学术骨干，成为了中国加速器事业各领域的中流砥柱。先生为人磊落，学风端正，胸怀全局，鞠躬尽瘁，淡泊名利。（中国科学院高能物理研究所评）

方守贤先生为人磊落，学风端正，胸怀全局，鞠躬尽瘁，淡泊名利。他一直坚守在加速器科学技术研究的前沿，为中国高能物理和粒子加速器事业的持续发展做出重大贡献，是科技工作者的楷模。（华中科技大学樊明武院士唁电）