1939年9月，考入西南联合大学机械工程系，1943年7月获得工学学士，9月留在西南联合大学（清华大学）担任助教。

1947年7月，到美国普渡大学机械工程系攻读硕士，1949年获得硕士学位（MSME）。

1950年1月，回到中国，担任北京大学工学院副教授，在校期间王补宣努力改革《工程热力学》课程的教学内容，编著了教材。

1952年9月，调入清华大学任副教授，1962年晋升为教授，并任清华大学热能工程与热物理研究所所长、博士生导师，同时兼任高教部、教育部热工教材编委会主任。

1954年，着手翻译俄文教材《传热学基础》，对原著作了忠实的意译，还进行了订正和注释，被国内热工学界称为传热学的启蒙书。

1954年，结合教学，在国内率先开展国产隔热保温材料热物理性质的测试方法和技术研究，填补了国内空白，为50年代后期包钢建设中设备和管道保温选用和推广国产材料提供了科学依据。所研制的仪器设备经过不断改进，于70年代形成产品，移交生产，节约了重复引进所需耗费的大量外汇。

1956年，参与国家长期科学规划动力部分。1962年，参与学科规划工程热物理部分的制定。1978年参与国家科技规划技术科学部分的制定。

1979年，领导创建中国太阳能学会。1980年，当选为中国科学院技术科学部学部委员。

1981年，创建国际太阳能学会（ISES）中国学会，并担任主席。1981年，实行学位制，以他领导的工程热物理学科首批被批准为博士和硕士学位授予点，并在1987和1995年两次全国学科评比中都是名列榜首的重点学科点。

1984年，在中国计量测试学会组建了热物性测试专业委员会，并与日本共同创建了亚洲热物性中心，担任主席之一。

1985年起，每4年在北京按期主持召开了四届传热学国际会议，出版了会议文集，促进了国际学术交流。

1986年，世界能源理事会在美国加州举办的能源博览会上正式颁给能源为人类服务奖。

1989年，日本热物性学会在扎幌举办的会议，并颁给王补宣杰出贡献奖；4月，王补宣加入中国共产党。

1998年，获得何梁何利基金科学与技术进步奖。

2010年，在第九届亚洲热物性国际会议中被授予终身成就奖。2013年6月，被评为“清华大学优秀共产党员”。

2016年10月，在中国工程热物理学会传热传质学学术会议中获得“中国传热传质终身成就奖”。

2019年8月31日，王补宣因病医治无效在北京逝世，享年98岁。

1963年至1966年，他带领师生参与四川化工厂氨合成塔技术改造，创造了单塔日产量翻番，达到国际上同类型氨合成塔的高产水平，被列为化工部1965年20项重大成果首项，并获国务院1966年100项重大成果奖。

70年代后期，出版《太阳能学报》，组织中国新能源的开发应用，提出“在经济、实惠、牢靠的前提下，把太阳能和生物质能的利用普及起来”的方针。

80年代，鉴于材料制备中急需快速以至超快速淬冷、核动力水堆失水和复水的紧急事故处理、对高温壁面可靠的保护性冷却、以及对强化沸腾的相变传热和强化、优化雾化环境等具体背景，领导开展了高速流动膜沸腾和液滴在热壁面上蒸发的机理性研究，在国际上首次提出由于蒸气膜层的沿途增厚、气液两相密度悬殊可引起纵向压力梯度，独创了气液混相中间层并用以简化分析模型，导出了高速流动膜沸腾的系统理论，运用激光显示技术揭示蒸发液滴内部的蜂窝流动，提出介电常数对蒸发形态的影响机制，得到了划分不同型态的流谱图，发现过细的雾化将使形态的转化反而会显著降低液滴蒸发速度，从而对传统的概念提出挑战。这些开创性的成果获得1989年国家自然科学奖。

对多孔介质热湿传递过程进行的系列研究，发展了热质迁移的综合理论，提出同时测定热湿迁移性质的动态、快速新方法，拟订出利用一组实验数据推算其他温度和含湿率下的数据和比对新技术，对毛细滞后现象的经典理论作出新的阐释，还运用多孔体模型导出生物组织传热的基本方程，并据以制订了在体组织热物理性质的测试方法与技术，获国家教委1992年科技进步（甲类）一等奖。

90年代，王补宣又在积极推动从宏观向微观过渡的细观热物理超常性的研究，涉及到非线性、非均匀性、非热力学平衡性等更多的复杂性，以适应当前高技术向微型化和超快速化深层次发展的需要。

王补宣作为学术领导人和组织者，参与国家有关科技发展规划的制定与实施，所主持的多项科研成果获国家级和部委级奖励。1989年获得国家自然科学三等奖，1992年获得国家教委一等奖，1988、1994、1998年获得国家教委三等奖。

论文著作

王补宣有关能源开发利用、热物性、传热传质、多孔介质、相变特性等学术期刊和会议文400篇，教材8种共11个版次；专著2种，编辑出版国际学术会议论文集6部。

1．壁面热流率对降液膜流动影响的研究

2．尺寸效应和表面效应对纳米颗粒比热容的影响

3．考虑流体湿润性影响的核沸腾Rohsenow修正模型

4．流体湿润性能对干斑扩展引起沸腾危机的影响

5．纳米颗粒悬浮液的粘度、热扩散系数与Pr数

6．纳米颗粒悬浮液热物性及颗粒比热容尺寸效应

7．纳米颗粒悬浮液稳定性分析

8．竖壁液膜流壁面热流率对流动影响的实验研究

9．吸附作用在纳米颗粒悬浮液换热强化中的试验与机理研究

10．装备小型和微型化催生热物理工程研究新的热点

1956年王补宣负责新建工业热工专业，1957年底，在清华大学创办中国第一个工程热物理本科专业，1960年，该专业转到工程力学系。1982年，为研究生培养所撰专著《工程传热传质学》，该著作获得1987年国家级优秀教材奖。

在王补宣直接指导下已培养出23名博士、7名硕士和出站了7名博士后（包括1名美籍博士）。学生中江亿在2001年当选为中国工程院院士，学生杜小泽入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。根据中国科学技术信息研究所、国家工程技术数字研究馆信息、全国图书馆参考咨询联盟：1984年至2011年期间，王补宣培养学生情况如下：

1980年-1986年，中国科学技术协会第二届全国委员会委员。

1978年，中国工程热物理学会副理事长，理事长，终身荣誉理事长。

1979年-1987年，中国太阳能学会第一、二届理事长。

1982年-2002年，国际传热传质中心（ICHMT）学委，执委（1982－1987）。

1986年-2000年，国际传热大会理事会（AIHTC）代表中国的委员。

1981年-1997年，国务院学位委员会学科组成员兼“动力工程与工程热物理”大组召集人。

1982年–2004年，《International Journal of Heat and Mass Transfer》国际主编之一；

1984年，《the International Journal of Thermophysics》主编之一；《国际热流体学报》编委。

王补宣一贯重视热工技术中热物理问题的基础性研究，是中国传热学研究的积极开拓者和学术带头人，参加中国三次科学技术长远发展规划的制定工作，在不同时期，分别出版了热工教学需要的教材与参考书，为提高热工教学质量和丰富热工教学内容作出了贡献。（清华大学党委宣传部）

2012年，清华大学征得王补宣同意，在王补宣90寿诞之际，发起设立“王补宣院士奖学励学基金”。 基金用于奖励清华大学能源动力及工程热物理领域学习成绩和综合素质优异的本科生和研究生，资助学习努力、学业合格、家庭经济困难的本科生，奖励清华大学和国内其他单位该领域的优秀青年学者，奖励传热学领域优秀研究生（用于中国工程热物理学会传热传质分会优秀论文奖），以及支持每四年一次在清华大学召开的北京国际传热会议。