서울 출생. 본관은 우봉(牛峰). 호는 일천(一泉). 1932년 경기고등학교를 졸업하고 경성의학전문학교에 입학하였다. 이후 일본 나가사키 대학교에서 수학한 후 1953년 프랑스 파리제2대학교 대학원 생화학과에 입학하여 1955년 이학박사학위를 취득하였다.
1936년부터 1941년까지 경성제국대학 의학부 생화학교실 부수, 1941년부터 1943년까지 일본 나가사키의과대학 생화학교실 부수를 역임하였다. 광복 후 1945년부터 1979년까지 서울대학교 의과대학 생화학교실 교수를 역임하면서 분자세포생물학 분야에서 선구적인 업적을 남겼다.
프랑스에서 이학박사 학위를 받은 후에는 한국에 돌아와 대한생화학회(1995년 대한생화학분자생물학회로 명칭 변경, 2010년 한국생화학분자생물학회와 통합하여 생화학분자생물학회로 출범)를 창립하여 초대회장을 지냈다. 이밖에 원자력전문자문위원으로도 활약하였다.
서울대학교 퇴임 후 1989년부터 인제대학교 의과대학 생화학교수를 지냈고, 인제대학교 유전자공학연구소 소장을 역임하였다. 1989년에는 대한민국학술원 회원에 선임되었다. 주요 저서로는 『생화학』, 『유기화학』 등이 있다.
프랑스 국가문화훈장(1968년), 대한민국과학기술 국무총리상(1968년), 국민훈장 동백장(1971년), 문교부장관 표창장(1979년) 등을 수상하였다. 2002년 대한생화학분자생물학회는 이기영 교수의 업적을 기리기 위해 그의 호를 딴 ‘일천젊은의학자상’을 제정하여 매년 그의 업적을 추모하고 있다.