Dyson naît à Crowthorne (Berkshire, Angleterre) le samedi 15 décembre 1923.
En 1941 il entre à l'université de Cambridge où il étudie jusqu'en 1943 où il est intégré dans le Service de Guerre des Opérations de Recherche, au sein du Commandement des Bombardiers de la RAF. En 1945 il obtient un B. A. à Cambridge.
En 1947 en tant que membre du Commonwealth il part pour l'Université de Cornell (New York), jusqu'en 1949. À partir de 1951 il y enseigne la physique (pendant cette période il est tout de même nommé membre de la Royal Society britannique) jusqu'en 1953 où il part à l'IAS.
Là il est toujours professeur de physique.
En 1957, il est naturalisé citoyen américain. En 1960, à l'époque où les premières tentatives de détection radio-SETI commençent à être mises en oeuvre, il publie un article 1Dyson, J. F.: "Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation", Science, vol. 131, 3 juin 1960, pp. 1667-1668 décrivant ce que l'on appelera les "sphères de Dyson".
En 1964 il devient membre de la NAS. L'année suivante il obtient le Prix Danny Heineman de l'American Institute of Physics.
Il écrit quelques autres articles 2Dyson, F. J.: 'Interstellar Transport', Physics Today, 21, no. 10, 41-45 (octobre 1986) mais surtout des livres 3Disturbing the Universe, livre commandé par le Programme de Livre Scientifique de la Fondation Alfred P. Sloan, publié par Harper and Row, 1979 4Weapons and Hope5, Harper and Row, 1984 6Origins of Life, Cambridge University Press, 1986, 2nde édition, 1999 7Infinite in All Directions, conférences Gifford de 1985, publiées par Harper and Row, 1988 8Selected Papers of Freeman Dyson with Commentary, American Mathematical Society, 1996 9Imagined Worlds, Harvard University Press, 1997 10The Sun, the Genome and the Internet, Oxford University Press, 1999 qui seront également récompensés 11Prix National Books Critics Circle pour une non-fiction en 1984 12Prix Phi Beta Kappa en Science pour Infinite in All Directions, 1988 13Prix Lewis Thomas, honorant le scientifique en tant que poête, décerné par l'Université Rockefeller, 1996 14Médaille Oersted décernée par l'Association Americaine des Enseignants en Physique, 1991.
En 1994 il quitte l'enseignement à l'IAS, nommé professeur émérite. Il reçoit le Prix Enrico Fermi du DoE l'année suivante et le prix Templeton pour le Progrès en Religion en 2000.
Dyson décède le samedi 8 à Princeton (New Jersey).