1948-1949年求学于沪江大学化学系，1952年毕业于燕京大学化学系。任职于北京大学技术物理系化以及化学与分子工程学院。历任中国科学院化学学部副主任、中国核学会和中国化学会的核化学与放射化学委员会主任委员、国防科工委高放射性废物处置专家组副组长、国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）的放射化学与核技术委员会主席、国际《放射化学学报》顾问编委，入选英国皇家化学会会士。兼任上海大学纳米化学与生物学研究所所长等职。
刘元方在核化学与放射化学领域作过许多开拓性和创造性的工作，在创立和建设我国第一个放射化学专业的教育事业中做出了贡献，1986年获得国家教委科技进步一等奖。