1987年，担任第三医学科学院研究员。

1993年，当选为美国纽约科学院院士。

2008年，当选为英国皇家化学会Fellow级会员。

2009年9月29日21时03分，在北京友谊医院逝世，享年86岁。

梁晓天从20世纪50年代起对药用天然产物进行系统研究，最早在中国利用核磁共振、质谱等物理手段研究有机物的结构，并开展天然产物的化学修饰、药物人工合成以及反应机理的研究，其中对蓁艽甲素、乙素及一叶秋碱的核磁共振结构测定，是一些典型的成果。曾研究并确定结构的天然产物有：川楝素、鹤草粉、鹰爪甲素及乙素、创新霉素、亮菌甲素、芍药新苷以及一些二萜生物碱等数十个。对一叶秋碱、猫眼草素等天然药物进行了全合成的研究。

1961年，梁晓天领导研究了治疗小儿麻痹后遗症和面部神经麻痹的天然产物有效成分一叶碱，很快就搞清其化学结构，论文和日本人几乎同时发表。

1964年，梁晓天在外汇很有限的条件下，药物研究所陆续进口了各种现代化仪器，如红外光谱仪，紫外-旋光仪，60兆核磁共振仪。后来又购进了质谱仪，500兆超导核磁共振仪等。

根据2011年11月中国医学科学院药物研究所网站显示，梁晓天先后撰写及编纂专著6部，发表论文300多篇。1964年编译出版了中国第一部核磁共振谱的中文著述《核磁共振解析简论》。1976年将自己在核磁共振氢谱方面的研究成果进行了总结，编著了《核磁共振高分辨氢谱的解析和应用》。

根据2011年11月中国医学科学院药物研究所网站显示，梁晓天先后参加与指导的研究项目获部级以上奖励的有10多项：其中国家科学大会奖4项，国家发明奖2项，国家科技进步三等奖1项，卫生部科技进步三等奖1项。

梁晓天教书育人，诲人不倦，他对论文署名有三条原则：一是帮助外单位解决难题的论文不署名；二是指导本所科技人员解决难题的论文不署名；三是自己主持的项目，论文署名一般放在最后。

根据2011年11月中国医学科学院药物研究所网站显示，梁晓天先后培养研究生60余名，指导博士后多名。

根据2011年11月中国医学科学院药物研究所网站显示，梁晓天先后担任中国科学院化学部常委和副主任，中国化学会理事长，中国质谱学会理事长，中国药典委员会委员，卫生部新药评审委员会顾问，国家科委药学组成员，北京市人民政府专家顾问团顾问，北京大学及兰州大学的兼职教授，德国波恩大学客座教授，第三十四届国际纯粹与应用化学学术大会主席。先后兼任《Chinese Chemical Letters》（《中国化学快报》）主编、《Journal of Asian Natural Products Research》（《亚洲天然产物研究杂志》）主编、《药学学报》副主编及名誉主编，《中国科学》《化学学报》《有机化学》《科学通报》编委以及《Tetrahedron》《Tetrahedron Letters》《Tetrahedron Computer Methodology》《Tetrahedron :Asymmetry》《Plant Medica》等杂志的顾问编委。

梁晓天家中有兄妹七人，他排行第五。父亲是清末秀才，在农衬教书。家境不富裕，但父亲矢志让孩子受高等教育，不惜卖粮借债。他的几位哥哥在大学读书时，轮流休学，打工攒钱，维持学业。

1947年，梁晓天与开封艺专毕业的杨修彰女士结为伉俪。

梁晓天不但能写诗填词，而且练就一手好书法。他常将自己的诗作用遒劲的隶书写成条幅赠给友人留作纪念。1983年，他写信劝旅居海外的朋友回国探亲，信后附有一首诗写道：“重洋乘风回，卅载沐朝辉。祖国无限好，游人胡不归？”可见他对祖国的一往深情。

梁晓天是用现代谱学在中国研究天然产物结构化学的开拓者，在确定一系列天然药物结构和推动中国药物化学学科发展中作出了卓越贡献。（中国科学院评）

梁晓天才思敏捷，学识渊博，具有很高的学术造诣。五十余年来，他一直致力于药物化学的研究工作，是我国应用核磁共振等波谱技术测定中草药化学成分的化学结构的开拓者。“一叶萩碱”，“鹰爪甲素”，“亮菌甲素”，“仙鹤草素”，“创新霉素”，杜鹃类植物的药用成分，紫杉醇类等天然产物的化学结构均被梁晓天院士一一破解，为祖国医学药学的现代化研究做出了巨大贡献。（中国医学科学院药物研究所评）

为鼓励青年学生和科技工作者，梁晓天用所得的首届中国医学科学奖的奖金设立了“梁晓天优秀青年科技奖”。