朱道本出生于上海，籍贯浙江杭州。1965年毕业于华东化工学院(现华东理工大学)有机工业系，1968年在中国科学院化学研究所获硕士学位后留所工作，历任助理研究员、副研究员、研究员。1985年至1986年作为访问学者在德国马普学会海德堡医学研究所工作。1992年至2000年任中国科学院化学研究所所长，2000年至2007年任国家自然科学基金委员会副主任。

朱道本自70年代开始从事有机固体研究，这是有机化学与凝聚态物理交叉的新兴领域。他在有机导体和超导体方面作出了重要贡献，与合作者设计合成了一系列基于TTF(四硫富瓦烯)衍生物的有机电荷转移盐，部分体系表现出金属性甚至超导性。在有机铁磁体研究中，他提出了通过分子间相互作用设计纯有机铁磁体的思路，合成了多个具有铁磁相互作用的有机化合物。90年代后，他将研究重点转向有机半导体和光电子材料，研究共轭聚合物和有机小分子在有机场效应晶体管、有机发光二极管、有机太阳能电池等器件中的应用。

朱道本特别关注功能导向的分子设计，提出了"分子工程"的研究思路。他的研究组系统研究了分子结构与聚集态结构对材料光电磁性能的影响，发展了一系列高性能有机半导体材料，包括高迁移率有机场效应晶体管材料、宽吸收有机光伏材料等。在共轭聚合物研究中，他提出了调控共轭链构象和聚集态结构的有效策略，显著提升了聚合物半导体的电荷传输性能。他还推动了中国分子电子学和纳米科学的发展，率先在国内开展单分子电学性质研究。

朱道本1997年当选为中国科学院院士，2009年当选发展中国家科学院院士。他是中国化学会第二十九届理事长，曾任多个国际学术期刊编委，长期担任《科学通报》执行副主编。他积极推动中国化学与国际的交流合作，多次组织有机固体和分子材料领域的国际会议。作为中国有机固体领域的学术带头人，他培养了百余位博士和硕士研究生，其中许多人已成为该领域的学术骨干。他曾获国家自然科学奖二等奖2项、中国科学院自然科学奖一等奖3项、何梁何利基金科学与技术进步奖等重要奖励。他强调基础研究的重要性，主张化学研究要面向国家需求，关注学科交叉融合。