生于山东淄博。1982年于山东大学数学系获理学学士学位，分别于1984年和1987年获中国科学院系统科学研究所理学硕士学位、理学博士学位。1987～1989年在澳大利亚国立大学从事博士后研究。1992年2月任中国科学院系统科学研究所研究员，1999～2002年任中国科学院系统科学研究所所长、中国科学院系统控制重点实验室主任，2003～2012年任中国科学院数学与系统科学研究院院长，2010年至今任中国科学院国家数学与交叉科学中心主任，2014～2022年任全国人民代表大会常务委员会副秘书长。1998年当选美国电气电子工程师学会会士(IEEE Fellow)，2007年当选国际自动控制联合会会士（IFAC Fellow），2014年被瑞典皇家理工学院授予荣誉博士学位。2001年当选中国科学院院士，2002年当选发展中国家科学院院士，2007年当选瑞典皇家工程科学院外籍院士。

任中国科学院信息技术科学部主任，中国科学院学术委员会委员，第九届中国科学院学部主席团成员，亚洲控制协会主席，《国家科学评论》副主编，以及系统、控制与数学等领域国内外多份学术杂志编委、副主编或顾问。中华全国青年联合会第八届和第九届常务委员会委员、第十届副主席，第九、十届中国人民政治协商会议全国委员会委员，第十一至十四届全国人民代表大会常务委员会委员，第十一、十二、十四届全国人民代表大会外事委员会副主任委员，第十三届全国人民代表大会华侨委员会副主任委员。

长期从事系统与控制科学研究。代表性成果包括以下8个方面：①在自适应学习领域，首次在“非持续激励”的数据条件下，证明了随机梯度算法的收敛性，建立了无穷阶大模型的学习理论、并给出了反馈控制系统阶数的强相容估计；②在自适应滤波领域，提出了适用于随机信号的“条件激励”概念，建立了关于最小均方误差算法（LMS）,卡尔曼滤波（KF）和递归最小二乘法（RLS）等基础自适应算法的理论基础，并使其对反馈随机系统的应用成为可能；③在自适应控制领域，解决了著名自校正调节器收敛性、自适应线性二次高斯控制（LQG）的控制最优性和跳变系统自适应、镇定性等基本理论难题；④在反馈机制的能力极限研究方面，提出定量研究的理论框架，发现并证明关于反馈机制应对非线性不确定系统最大能力的基本定理与临界常数；⑤在系统涌现研究方面，引入随机研究框架，分别在两类典型局部相互作用下，建立了非线性非平衡大群体系统的同步理论；在一般的“合作条件激励”信号下，建立了分布式自适应估计的理论基础；⑥在非线性不确定性系统控制方面，奠定在工业中广泛应用的PID算法的理论基础并给出相应参数设计公式，推动先进控制算法在国家重大工程中的实际应用；⑦开启博弈控制系统（GBCS）研究与自适应博弈理论研究，建立典型情况下相应的能控性、镇定性与收敛性理论；⑧提出系统学体系结构与系统复杂性定义，推动复杂系统科学发展及在相关领域交叉应用。

先后获国际自动控制联合会世界大会青年作者奖(1993)，“中国十大杰出青年”(1993)，国家自然科学奖三等奖(1987，1997)，国家杰出青年科学基金(1994)，国家级“有突出贡献的中青年专家”(1994)，中国科学院自然科学奖一等奖(1995)，中国青年五四奖章(1999)，国际自动控制联合会杰出服务奖(2011)，美国工业与应用数学会（SIAM）旗舰刊物《美国工业和应用数学会评论》的“特选论文”奖（2014），中国工业与应用数学学会苏步青应用数学奖（2018），电气电子工程师学会控制系统学会设立和颁发的最高奖“波德奖”（Hendrik W. Bode Lecture Prize，2019）等。多次在控制与数学等领域国际顶级学术会议上作特邀报告（见图）。

2014年在国际自动控制联合会世界大会上作大会报告