郭永懷，1909年4月4日出生于山東省榮成市滕家鎮一個農家，是郭文吉夫婦的第四個兒子。郭永懷自幼天資聰慧。10歲的時候，郭文吉將兒子送到了本家叔叔所辦的學堂里讀書習文。17歲那年，他以優異成績考取了青島大學附屬中學，成為四鄉八里第一個公費中學生。20歲那年，郭永懷考取了南開大學預科理工班。1931年7月，郭永懷預科班畢業后直接轉入本科學習。郭永懷選擇了物理學專業，得到了當時國內知名教授顧靜薇的賞識。兩年后，顧靜薇推薦郭到北京大學光學專家饒毓泰教授門下繼續深造。在參加了北京大學的入學考試后，郭永懷如愿以償地進入北大物理系學習。在顧、饒二位導師的精心錘煉下，郭永懷打下了扎實的物理學專業基礎。
1938年夏，中英庚子賠款基金會留學委員會舉行了第七屆留學生招生考試，在3000多名參考者中，力學專業只招一名?？荚嚱Y果，郭永懷與錢偉長、林家翹一起以5門課超過350分的相同分數同時被錄取。1940年8月，經過一番周折，郭永懷一行來到加拿大的多倫多大學應用數學系學習。1941年，郭永懷又赴當時國際上著名的空氣動力學研究中心――美國加利福尼亞州立理工學院研究可壓縮流體力學，和錢學森一起成為世界氣體力學大師馮·卡門的弟子，于1945年完成了有關“跨聲速流不連續解”的出色論文，獲得了博士學位;在這里，他遇到了平生的知己錢學森師兄，學習之余，錢學森最樂意干的事情就是開著車，拉著這個頗有幾分書呆子氣的師弟兜風 。1941年，是錢學森去接郭永懷的，1945年，又是他直接把郭永懷送到了康奈爾大學。1946年秋，馮·卡門的大弟子威廉·西爾斯教授在美國康奈爾大學航空科學部的基礎上創辦了航空工程研究生院，邀請郭永懷前去任教。
當時，人類雖已實現了飛行的夢想，但飛機的飛行速度并不理想，聲障是提高飛機飛行速度的難關。郭永懷和錢學森經過拼搏努力，不久就合作拿出了震驚世界的重要數論論文，首次提出了“上臨界馬赫數”概念并得到了實驗證實，為解決跨聲速飛行問題奠定了堅實的理論。此后，聲名大振的郭永懷應聘參加了美國數學學會，并被加州理工學院特聘為研究員。不久，他又成為康乃爾大學航空工程研究生院的三個著名攻關課題主持人之一。
郭永懷攜全家回國后受到了黨和政府及科技界的熱烈歡迎，毛澤東主席親自接見他和家人，中國科學院則安排他和錢學森一起工作，任中國科學院剛組建的力學研究所副所長，和錢學森、錢偉長一起投身于力學研究所的科技領導工作。
在郭永懷的倡議和積極指導下，中國第一個有關爆炸力學的科學迅速制定出臺，從而引導力學走上了與核武器試驗相結合的道路。同時，郭永懷還負責指導反潛核武器的水中爆炸力學和水洞力學等相關技術的研究工作。此外，在潛-地導彈、地對空導彈、氫氧火箭發動機和反導彈系統的研究試驗中，郭永也作出了巨大貢獻。
1968年10月3日，郭永懷又一次來到試驗基地，為中國第一顆導彈熱核武器的發射以及從事試驗前的準備工作。1968年12月4日，在青?；卣袅藘蓚€多月的郭永懷，在試驗中發現了一個重要線索。他要急著趕回北京，就爭分奪秒地要人抓緊聯系飛機。他匆匆地從青?；刳s到蘭州，在蘭州換乘飛機的間隙里，他還認真地聽取了課題組人員的情況匯報。當夜幕降臨的時候，郭永懷拖疲憊的身體登上了趕赴北京的飛機。5日凌晨，飛機在首都機場徐徐降落。在離地面400多米的時候，飛機突然失去了平衡，墜毀在1公里以外的玉米地里。當人們辨認出郭永懷的遺體時，他往常一直穿在身上的那件夾克服已燒焦了大半，和警衛員牟方東緊緊地擁抱在一起。當人們費力地將他倆分開時，才發現郭永懷的那只裝有絕密資料的公文包安然無損地夾在他們胸前。
1999年被授予“兩彈一星榮譽勛章”，是該群體中唯一一位獲得“烈士”稱號的科學家。
