본관은 해주(海州). 호는 해산(海山). 서울 출신. 아버지는 전라남도 순천군수를 지낸 정익(正益)이다.
유년기를 순천에서 보냈다. 어머니 박씨가 세상을 떠나자 아버지를 따라 아우와 함께 일본 동경으로 건너가 가톨릭교단에서 운영하는 교세이학교(曉星學校)에 입학하였다. 아버지가 아우만을 데리고 미국으로 건너간 이후에는 거의 고학으로 중학교까지 마쳤다.
중학교 졸업 후 도미, 캘리포니아주립대학(University of California, Berkeley)에서 약 1년간 수학 후 귀국, 1917년에 세브란스의학전문학교에 입학했고 1921년에 졸업하였다. 졸업 후 모교 해부학교실 조교로 있다가 중국 북경협화(北京協和)의과대학에서 기생충학을 1년간 연구하고, 캐나다 토론토대학(University of Toronto) 병리학교실에서 2년간 연구하였다.
1929년세브란스의학전문학교 교수로 재직했으며, 1931년∼1934년 학교 재단이사를 겸직하였다. 1925년부터 기생충학을, 1931년부터는 병리학을 강의하다가 다시 일본 도호쿠제국대학(東北帝國大學) 법의학교실에서 2년간 연구, 1936년 박사학위를 받고 귀국해 법의학을 강의하였다. 1945년 광복 직후 제4대 세브란스의학전문학교 교장에 취임, 대학승격과 학교정리에 진력한 뒤 1948년 학장직을 사임하고, 1955년까지 교수로 재직하였다.
10세 전후에 아버지와 가까이 지내던 박영효(朴泳孝)·서재필(徐載弼)·안창호(安昌浩) 등에게 사숙했고, 자라서는 최남선(崔南善)·정인보(鄭寅普)·이광수(李光洙) 등으로부터 지도와 조언을 받았다. 그리고 상면은 없었으나 신채호(申采浩)의 『조선사론』·『조선사연구초』에 자극받아 평생동안 의학연구와 아울러 민족사연구에 전념, 집필 30여 년 만에 『조선상고민족사』(1966)를 출간하였다. 이 업적으로 1968년연세대학교에서 명예문학박사학위를 받았다. 이 밖의 주요 저서로는 『조선문제를 통하여 본 만몽(滿蒙)문제』(일문, 1932), 『한국기독교 선교의 신배경』(영문, 1945) 등이 있고, 다수의 의학논문이 있다.