葉天星，1915年10月18日出生於安徽合肥的壹個教師家庭。他自幼目睹了帝國主義列強對中國的侵略，連年的軍閥混戰，加上瘟疫經常流行，使中國人民生活在水深火熱之中。中學時期的葉天星便立下了“不為良相，則為良醫”的誌願，認為“強國先強身，救國先健民”。他發憤讀書，渴望長大後學醫，為大眾防病治病。他還經常到鄰近熟悉的醫院中幫助做雜務工作。1931年他中學畢業時，正值安徽省鬧災荒，其家境衰落，其已當醫院院長的堂兄，看到葉天星在中學讀書勤奮，立誌學醫心切，便資助他考入上海東南醫學院就讀。他學習努力，六年寒暑假均留校補習外文和其他課程。他對病理學及微生物學特別感興趣，經常抽空到這兩門課的實驗室學習實驗技術，頗受執教老師楊述祖教授和張效宗教授的器重。1937年畢業後，葉天星由楊述祖教授推薦，進入由日本人用中國庚子賠款開辦的上海自然科學研究所細菌學部當研究生。不久，爆發了七七事變，他憤然脫離該所，隨張效宗教授於1937年底前往西安，受聘為陜西防疫處生物制品部學術研究員，兼任西北藥學專科學校微生物學和日語教員。
1938年春，陜北人畜（牛瘟）傳染病流行，葉天星主動要求前往參加防治工作，遂攜帶疫苗、免疫血清及藥品，與途經西安的白求恩醫師及國際援華第壹防疫團的外國專家壹同於4月抵達延安。為陜甘寧邊區政府民政廳和十八集團軍後方衛生部開辦的防疫學習班講課，隨後由葉天星率領防疫人員攜帶藥械至邊區十余個縣的鄉村，走村串戶為軍民及耕牛接種疫苗和註射免疫血清。在4個月中，他徒步行程2000余公裏，於8月底完成任務，受到邊區軍民的贊揚。
葉天星在邊區目睹了各級民主政府政風廉潔，軍民抗日情緒高漲，人人平等，社會安寧，鴉片、娼妓、賭博及盜匪絕跡，壹片欣欣向榮的景象，與國民黨統治區的貪汙腐敗、社會風氣敗落、民不聊生的情況相比，真有天壤之別。這使他深深感到“拯救中國的希望在於中國***產黨”。返回西安後，他常對友人和學生談起在邊區所見到的情景及自身感受。1939年底國民黨頑固派掀起第壹次反***高潮，葉天星竟被少數人指控為“親***分子”和“為***黨宣傳”，遭到恐嚇威脅。1940年4月，他被迫離別妻女，只身逃離西安到貴陽，參加林可勝教授領導的中國紅十字會總會救護總隊部和中央衛生實驗院工作，從事教學、科研及疫苗血清制造工作。
1941年11月，葉天星參加查明侵華日軍在湖南省常德地區空投感染鼠疫桿菌的跳蚤等細菌武器。在侵華日軍對中國進行細菌戰的威脅下，中國紅十字會總會救護總隊部同重慶國民政府衛生署推薦葉天星為美國洛克菲勒基金會訪問學者，於1942年4月赴英屬印度考察研究防禦鼠疫及霍亂。他先後在孟買哈夫金研究所所長索凱爵士和德裏西姆拉印度醫學部中央研究院院長泰勒爵士的指導下，研究對鼠疫和霍亂的防治及研制免疫制劑。
1942年10月葉天星由印度回國，正值侵華日軍瘋狂向中國各地投撒霍亂細菌武器，引起湘、黔、川、滇、粵、桂等地霍亂普遍流行。他旋即到貴陽參加防治，進行病原菌分離鑒定，並查明這次流行的霍亂弧菌血清學型別，揭示它們是日軍所施放，同時選用菌株制備霍亂疫苗。1942—1945年，他受聘於貴陽戰時衛生人員聯合訓練所，任細菌學教師，並在所內附設的由美籍華人洪悅元捐助的疫苗血清研究室工作。
1946年初，中國沈陽地區突然爆發流行肺鼠疫，林可勝指派葉天星等攜帶藥械飛赴沈陽，會同聯合國善後救濟總署人員進行防治，很快控制了流行。 同年，葉天星考取公費赴美國留學，先後在美國軍醫學校軍醫提高班、美國軍醫進修研究學院及紐約康奈爾大學進修學院學習，在斯馬德爾教授等指導下進修研究病毒學、免疫學及微生物學。由於他學習刻苦，以實驗室為家，深受校方贊賞。1947年底他懷著服務於祖國為人民解除疾苦的決心，謝絕了美方的勸留，毅然回國，就任上海國防醫學院衛生實驗院細菌血清學系教授，隨李振翩教授壹起工作。同時，他還兼任上海同濟大學醫學院教授、附設高級醫事檢驗學校校長及東南醫學院微生物學教授。當時中國***產黨領導的人民解放戰爭節節勝利，國民黨政府崩潰在即。國防醫學院於1948年底遷至臺灣。葉天星從在陜甘寧邊區的經歷中堅信“只有***產黨才能救中國”，托詞拒絕隨校去臺，轉入留滬的附屬醫院工作，並暗中聯系不願去臺灣的同事們將美國捐贈和接收日軍的大批教學科研儀器、藥品及制造疫苗血清的設備秘密轉入醫院內隱藏，留待上海解放。
1949年5月27日上海解放，葉天星當天即會見中國人民解放軍華東軍區衛生部崔義田部長及第三野戰軍衛生部李振湘部長，將保留的全部器材設備和藥品***20余卡車交給中國人民解放軍。隨後他辭去原兼的各職，全力投入到籌建華東軍區人民醫學院（第二軍醫大學前身）的工作，並受聘為該院衛生實驗院細菌學科教授兼主任。這期間他積極制造疫苗血清，以供解放後的上海軍民急需。為此，他受到表揚，並榮立了三等功。抗美援朝期間，他編寫了《防禦細菌武器檢驗手冊》，並參加了調查研究。1950—1954年他兼任上海復旦大學生物學系微生物學教授，為該校首次開辦了微生物學課程。
1952年，華東軍區人民醫學院改為中國人民解放軍第二軍醫大學，葉天星受聘為微生物學教研室主任，後被定為免疫學壹級教授。從此他生活安定，全心投入教學與科研。
10年“文化大革命”期間，葉天星慘遭迫害，以致身殘。“四人幫”徹底垮臺後，他由中國人民解放軍總後勤部召往北京給予公開平反。於1985年2月18日光榮地加入了中國***產黨。
葉天星恢復工作後，為奪回失去的10年，日以繼夜地工作，除擔任軍醫大學各班教學外，又指導研究生，參加專題科學研究，編著免疫學教材，主持上海市免疫學會的工作，還為全市、全軍及全國各地所舉辦的免疫學學習班講授免疫學基礎理論及最新進展。自1979—1990年，***編寫了《醫學微生物學》及《免疫學》12冊，獨自或與他人***同發表學術論文33篇，連同以前發表的***70余篇。
葉天星曾先後任中國微生物學會第壹、二、三屆理事，上海免疫學會第三屆理事長、顧問，中國中西醫結合研究會微循環專業委員會名譽理事及中國免疫學會名譽理事等。