Nata in un villaggio vicino a Shanghai (Cina), ricevette la sua prima istruzione in famiglia, perché le bambine non avevano accesso alle scuole. Nel 1923 passò alla Suzhou Women’s Normal School, una delle prime scuole cinesi aperte alle ragazze, fondata dal padre, e dopo il diploma fu ammessa alla National Central University di Nanjing (Nanchino) dove, nel 1934 si laureò in matematica e, dopo due anni, in fisica.
Nel 1936 si trasferì negli Stati Uniti per conseguire il dottorato. Aveva pensato di andare all’Università del Michigan, ma quando venne a sapere che in questa università le donne non potevano usare l’ingresso principale per accedere alle aule, colpita dal sessismo americano, decise di restare in California, a Berkeley, dove era andata a trovare un’amica cinese. Qui conobbe colui che divenne suo marito, il fisico Luke Chia-Liu Yuan. Durante il dottorato lavorò al primo ciclotrone di Ernest O. Lawrence con Emilio Segrè. Col marito si trasferì poi sulla costa orientale degli Stati Uniti e trovò lavoro come insegnante presso lo Smith College, un’università privata femminile del Massachusetts. Qui le cose non erano soddisfacenti, le donne, soprattutto se asiatiche, stentavano a farsi una carriera e Wu non aveva la possibilità di proseguire le sue ricerche. Solo dopo l’intervento di Lawrence, lo Smith College le concesse un posto come professore associato, un piccolo aumento di stipendio e la possibilità di alternare il suo lavoro allo Smith College con uno simile alla Princeton University. La svolta avvenne nel 1944, quando fu coinvolta nel Progetto Manhattan. Entrò a far parte di un gruppo di scienziati della Columbia University che lavorava alla separazione dell’Uranio 235 dall’Uranio 238 mediante diffusione gassosa e allo sviluppo di nuovi contatori geiger. Dopo la guerra Wu Chien-Shiung continuò a lavorare alla Columbia University dove poté riprendere le sue ricerche che orientò allo studio del decadimento beta per il quale, dopo la teoria di Fermi del 1934, si erano osservate numerose discrepanze tra teoria ed esperimenti. Con meticolosi esperimenti portati avanti tra il 1949 e il 1960 corresse precedenti dati sperimentali e confermò la teoria di Fermi. Questi suoi studi la posero all’attenzione dei fisici Tsung Dao-Lee e Chen Ning-Yang che, nel 1956, le proposero di ideare un esperimento che confermasse la loro ipotesi della non conservazione della parità nel decadimento beta³. L’esperimento di Wu, insieme ad altri con il Cobalto-60 a temperature vicine allo zero assoluto, fu un punto di svolta nella fisica moderna e provò la non conservazione della parità e della coniugazione di carica (rottura della simmetria CP). Fu il punto di partenza per successive ricerche sulle violazioni di simmetrie fondamentali. Per la loro teoria Lee e Yang ricevettero il Premio Nobel del 1957, mentre l’esperimento decisivo che confermò la loro teoria non fu considerato altrettanto meritevole e Madame Wu, scandalosamente – a detta della maggioranza della comunità dei fisici – non ebbe il premio che meritava. Nella sua vita ottenne, comunque, numerosi riconoscimenti e premi. È stata la prima donna eletta Presidente dell’American Institute of Physics nel 1975. Nel 1995 quattro premi Nobel cinesi (T. D. Lee, C. N. Yang, S. C. Ting e Y. T. Lee) stabilirono a Taiwan la Fondazione Wu Chien-Shiung per aiutare finanziariamente giovani aspiranti scienziati cinesi/taiwanesi. Scrisse, da sola o insieme ad altri, alcuni trattati ancora considerati dei classici di fisica nucleare. Parallelamente all’attività scientifica, Wu Jianxiong ha portato avanti le istanze di uguaglianza tra i generi e lottato per il riconoscimento dei diritti umani in Cina.
Dopo la morte, avvenuta a 84 anni nel 1997, le sue ceneri furono sepolte, dietro sua richiesta, alla Mingde High School, a New York, ove successivamente venne sepolto anche il marito nel 2003. Sulla loro tomba le iscrizioni in calligrafia cinese vennero vergate dai quattro premi Nobel cinesi e T. D. Lee scrisse: C. S. Wu was one of the giants of physics.