1919年1月18日，巴黎和会开幕，周太玄在这年的正月初一搭乘一艘邮轮奔赴法国。

1920年，考入法国蒙彼利埃大学，先后通过了植物学、地质学、动物学等多门学科的考试。

为了将巴黎和会的可靠消息发回祖国，周太玄征得了吴玉章的同意，在华法教育会倡导者之一李石曾支持下，迅即办起了“巴黎通讯社”。

1921年8月27日，“巴黎分社”成立，周太玄当选为书记。当时“少年中国”在东京、南洋、纽约等地的和赴比利时、德国、瑞士求学的会员都由巴黎分会联系。

1924年，获得蒙彼利埃大学教育学硕士后，进入巴黎研究院，专门研究细胞学和腔肠动物。

1919年底，周太玄又开始创办《旅欧周刊》，并受华工工会的委托，筹办《华工周刊》。《华工周刊》于第二年出版并改名为《华工旬刊》。周太玄担任主编。

1923年，在商务印书馆举办的“庚子赔款退款兴学征文，他以“庚子赔款与教育”为题应征获得了头奖，奖金500元，当时法郎甚贱，对生活不无小补。

1924年，周太玄毕业于蒙彼利埃大学，获得教育硕士学位，接着又进入巴黎大学研究院。

在1924年至1928年之间，不断地往返于蒙彼利埃、巴黎和西部海滨之间。

1930年，被授予法国国家理学博士学；1930年11月，周太玄婉言谢绝了巴黎大学研究院的挽留，应成都大学校长张澜先生之聘毅然回国，以中华教育文化基金委员会动物学讲座的名义同时在成都大学和成都师范大学任职，是当时四位特聘教授之一。

1932年，被聘为国立四川大学理学院长兼生物系主任。

1935年，时任四川大学校长任鸿儁向教育部提出在成都市九眼桥外要2000亩地建新校舍的计划，成都市很支持并落实了土地，但教育部的应拨经费却迟迟未到位。周先生与魏时珍代表学校找到正在成都的蒋介石，请其解决迁校问题，得到了蒋的答应，所建校区即为今天的四川大学望江校区。

1936年，他重游欧陆考察，曾着文揭露和抨击旧的制度，并指出在这样的制度下文化学术都带有一定的病态。这时，他开始暗暗的研究马列主义著作和学习俄语。

1937年8月，抗日战争已兴起，周太玄由欧洲回到上海，节衣缩食在法国为学校买的生物学实验用品和书籍运到上海时，被“八·一三”的炮火全部毁掉，他支身于八月十五日随难民逃离上海。

1939年，他因反对国民党党棍程天放出任四川大学校长和实行“以党治校“而罢教离职。这时，他开始为在重庆出版的《大公报》撰写星期论文和文化教育方面的社评，是年他参加中华文艺界抗敌协会成都分会。

1940年，又任西康经济研究所所长，继续钻研马克思主义经典著作，并和当时的民主人士叶圣陶、张友渔、沈志远、黄药眠等经常集会，与叶圣陶共同创办了具有进步倾向的“新世纪学会”；同年还出任“平原诗社”社长，给诗社成员讲古典诗词，介绍法国诗歌的各种流派，不仅以自己的影响力保护了这个左翼文学团体，还帮助、指导了“平原诗社”的诸多青年诗人。

1943年，重回四川大学任教并任教授会主席的周先生经常在学术团体和各级学校中作学术报告和形势报告，公开指责国民党反动当局的反动行径，在黑暗中为人们指引前进方向，被称为“红色教授”，因深孚众望被选为教授会主席。

1945年，对人类未来作了引起了人们注目的科学预测，以长篇专论《瞻望人类的未来》连载发表于1946年10月的重庆《大公报》上。他预言在物理科学世代之后将出现以研究人类本身的生物学世代。

1946年，毛泽东主席和周恩来总理在重庆宴请民主人士，周太玄三次被请。毛主席询及能否恢复“少年中国学会”，周太玄就当时情况认真作了回答。在和党的高级领导人的接触中，他受到了革命的影响和启迪。以后在上海又和周恩来、邓颖超、李维汉等同志多有接触。

1948年，周太玄在国民党的白色恐怖下，已在成都很难立足，于是先到上海再至香港，这两年间是旧《大公报》的新生时期，周太玄曾致函王芸生对《大公报》的方向前途、大政方针发表了意见，希望《大公报》能以新的姿态出现。他到香港后和杨东莼一起，以《大公报》顾问的名义做了《大公报》新生的推动者。

1950年，周太玄担任西南军政委员会委员和文教委员会委员，并作为特邀代表出席了全国政协第一届第二次会议，此后继任全国政协第二届、第三届、第四届委员会委员直至去世。

1953年，周太玄加入中国农工民主党。

1954年，受中宣部委托，创办起中国科学出版社，开创了中华人民共和国第一个具有一定规模和水平的综合性自然科学出版社。

1968年7月23日，周太玄在北京病逝。

1978年12月22日，在北京八宝山革命公墓举行了骨灰安放仪式。

从1921年至1930年，周太玄完成了七部专著，四部译著和几十篇论文。

1924年，获得教育学硕士后，进入巴黎大学研究院，专门研究细胞学和腔肠动物。在此后的几年里，他在细胞学、腔肠动物，特别是水母的研究方面取得了重要突破，并利用“松滋侯”墨把细胞组织清晰地展示出来，解决了细胞研究中的染色问题。

在巴黎期间周太玄加紧了研究工作，曾分别在法国科学院、法国动物学会、生物学会的刊物上发表了9篇研究报告，另外还有植物学报告、地质学报告及50多幅详图、100页的博士论文。周太玄以其在腔肠动物、特别是在水母的研究方面的成就和解决细胞研究中的染色问题上的突破。

在四川大学迁至峨眉期间，川大学生在乐山农村发现了一种铜钱大小的粉红色水母，请生物系鉴定。已任川大教授的周太玄发现，这是一个从未见过的新品种，便将其命名为“桃花水母”。他对这种水母进行了深入研究，并在四川省做了普查。结果在各地都发现了这种生物。中华人民共和国成立后，他组织带领人员对中国沿海地区水母分布进行了普查，与助手一起发表了一系列很有价值的论文，填补了中国水母研究的空白。仅在《烟台水螅水母的研究》一文中，就有25种水母是中国第一次记载，4种是太平洋地区第一次记载。

周太玄是中国科学出版社第一任社长，在中国共产党的领导下曾为建立中华人民共和国的第一个具有一定规模和水平的综合性自然科学出版社做了开创性的工作。他曾主持编辑出版了《世界科学译丛》。他还主编了《中国动物图谱》，出版了《动物志》和《建国十年科学成就丛书》等。

留下的生物学著作有《Chrysaora生活史之研究》（由法国大学出版处印刷发行）、《动物心理学》（商务印书馆1930年初版）等共7部。译着共有11部，重要的有、《古动物学》（1922年上海中华书局出版）、《达尔文以后生物学上诸大问题》（1927年北京朴社出版）、《人的研究》（1924年中华书局出版）、《人的科学》（1945年中华书局出版）、《物种》（1945年商务印书馆出版）等。此外，他还撰写了科学论文、科普书籍及教育、文学等方面的评论和政论文章。

周太玄非常重视教育工作，在青年时代即曾着译过十多篇有关教育的文章，在四川大学任教后曾教授过无脊锥动物学、胚胎学、细胞学、遗传学、动物生理学、生物学概论、进化论等，不论学生多少应开的课都开出来，凡无人教的课程他都承担。

周太玄原名周焯号朗宣，后改名周无，号太玄。祖籍江西金溪，先祖周亮工（合市栎树下人），字符亮，一字缄斋，又号栎园，人称“栎下先生“，是清末民初的一位学者，学识渊博，有大量著作，但多被“奏请查毁”，留传下来的仅有《赖古堂诗钞》、《书影》等。周太玄的父亲周域，号朴臣曾在新都、峨眉等县作过小小典吏。哥哥周晓和，亦为四川大学京剧团票友。

1920年，周太玄的女友王耀群从成都到巴黎勤工俭学，和王耀群同行的还有四川的胡蜀英、吴若膺等。就在这时周太玄结束了刊物的工作，偕王耀群同到法国南部的蒙彼利埃城，进入了古老的蒙彼利埃大学。他学习博物学，王耀群学药学。不久他们结婚生子，仅靠太玄手中的一支笔维持着两人的学业及一家的生活。在艰苦的留学岁月中，王耀群不但把一大家子操持得井井有条，自己也获得药科学位。令人痛惜的是，1935年，王耀群因流产失血过多去世。

与周太玄共同走完人生下半场的，是堪称奇女子的喻培厚。喻培厚也是四川人，她在复旦大学法律系读书时与周太玄相识，是当时复旦法律系唯一的女生。她比周太玄小16岁。周太玄在丧妻之后重赴欧陆之前，1936年他们两人在上海喻培厚的老师李登辉家中结识。1951年，他们的爱情经过15年的长跑终成正果。

据统计，周太玄一生著有诗词两千余首，在写诗之余，还写了诗论，《法兰西近世文学的趋势》《诗的将来》等等。

1913年，出川及在上海时的日记中有诗33首，词60余首。此后他将旧作的词59首用揩书集成册取名“桂影疑月词“，但都未发表。由于晚年多病常住医院，在此期间常写诗填词，从1964年至1968年的5本日记中共有诗1300余首，词420余首。

他留下的大量诗词生前几乎都未发表，直到他去世后子女才在整理他遗物时发现，后来结集为《周太玄诗词选集》出版。

在旅法留学巴黎期间，周太玄夫妇与画家徐悲鸿、常玉交往密切。由于周太玄擅长烹调，徐悲鸿经常上门做客周太玄寓所，尤爱周太玄做的拿手菜鱼香肉丝和宫保肉丁。在上个世纪三十年代徐悲鸿到成都期间，还专门拜见周氏兄弟，并为周太玄水墨画造像。

周太玄亦擅长书法，曾为王光祈题写墓碑。在成都共和里居住时，常常为成都商家商号题写匾额。周太玄长子周孟璞回忆说：小时候经常看见父亲用竹棍裹布条，蘸朱砂泥水，在铺在地上的斗方黄裱纸上榜书，写完后用毛笔勾勒，然后制匾，气势大得很。

回到中国后的周太玄、周晓和兄弟两家人都居住在成都市共和里的周家大院，周家大院当时面积有四亩多地，兄弟俩沿袭多年在法国的生活习俗，曾在此开辟出一个家庭网球场，闲暇时光邀请朋友们来打网球，一时传为时髦佳话。

周太玄曾任中国农工民主党北京市委员会委员和中央委员会委员、中国科学院常务委员会委员、学术委员会委员、中国科学院动物研究所一级研究员。

“王光祈、魏嗣銮、李劼人、周太玄诸人都是我当时的同学，在当时都要算是佼佼者。太玄最年青……他是翩翩出世的一位佳公子……他多才多艺。据我所知，他会做诗，会填词，会弹七弦琴，会画画，笔下也很能写一手的好字。（郭沫若在《反正前后》中评）

“周先生一生著有诗词两千余首，《书寄峨眉山人》、《忏情诗》、《高山流水》等等在内容和形式、思想和艺术上都具有引人入胜之美。”（四川大学文学与新闻学院教授陈应鸾评）

《过印度洋》开头的两句诗刻画出了当时的环境，以及辽阔海天与渺小邮轮的对比，而这种对比是在古诗里就存在的，比如这种跟“野旷天低树，江清月近人”的感觉是一样的，周太玄是把古典的意象化用了。而且化用的很巧妙。（诗人向以鲜评周太玄的诗《过印度洋》）

周太玄最终的研究虽为自然科学的生物学，却志趣广泛尤其在文学上造诣甚高。周太玄一生在担任教学、科学研究和行政领导职务的同时，还勤于著述，孜孜不倦，并十分重视科学普及工作。众所周知的周太玄是一位科学家，他在生物学方面填补了中国水母研究的空白，被称为“我国腔肠动物研究的鼻祖”。他为中国水母研究开辟了道路，被称为腔肠动物研究的鼻祖，在国内外享有崇高的学术威望。周太玄为新中国的科学出版与科学研究事业做出了重大贡献。他的新诗和《法兰西近世文学的趋势》、《诗的将来》等诗论，推动了中国新诗的发展。其中，《过印度洋》影响最大：“圆天盖着大海，/黑水托着孤舟。/远看不见山，/那天边只有云头。/也看不见树，/那水上只有海鸥。/哪里是非洲，/哪里是欧洲！/我美丽的故乡，/却在脑后！/怕回头，怕回头，/一阵大风，/雪浪上船头。/飕飕，/吹散一天云雾一天愁。”诗句隽永清丽，音韵铿锵，抒发了远离故乡时对美丽祖国的思念之情。（四川大学评）

“本是一个感情深厚与文笔优美的词人”。（《四川大学历史·精神·使命》评）

周太玄被誉为学贯中西、博古通今的一代通才。他是著名的生物学家，在细胞学尤其是腔肠动物方面的研究成就，堪称我国鼻祖。他是著名的教育学家，曾任四川大学教授、生物系主任、理学院院长、校长。发表教育论文数百篇。听他的课是艺术享受。他是哲学家、社会活动家，参与创立“少年中国”、“巴黎通讯社”，创办《旅欧周刊》，主持过香港《大公报》，传播新思想、新文化。他是诗人，一生著有诗词两千余首，“字斟句酌，无论长言短咏，皆极精思”，他的诗论推动了中国新诗的发展。（凤凰网评）

周太玄以“周无”这个名字写下的诗《过印度洋》发表在《少年中国》上，清华大学的教授赵元任一读到这首诗，给它谱了曲，使之传唱开来。这首诗还被选入了当时的中学课本。