1945年11月24日，出生在湖南省南縣一個農(nóng)民家庭。作為農(nóng)民的兒子，吃苦耐勞成為黃伯云的精神底色。

1964年09月，以優(yōu)異的成績考入中南礦冶學(xué)院特種冶金系進(jìn)行粉末冶金專業(yè)的學(xué)習(xí)。

1969年08月，畢業(yè)后留校在中南礦冶學(xué)院新材料研究所從事科研和教學(xué)工作，直到1980年08月。

1978年，參加出國人員考試，以學(xué)校參考人員總分第一的成績被錄取為冶金部出國訪問學(xué)者。

1980年08月，開始在美國愛荷華州立大學(xué)及AMES國家實驗室的學(xué)習(xí)和研究工作。入校不久后，受到一位叫McGee的教授的賞識，并在他的主導(dǎo)下，經(jīng)過中國教育部的批準(zhǔn)，正式成為這位美國材料界權(quán)威人士的研究生，同時由愛荷華州立大學(xué)提供攻讀博士學(xué)位的全額獎學(xué)金。

1986年08月，完成了碩士、博士研究生的學(xué)習(xí)并獲得碩士、博士學(xué)位。

1986年08月至1988年05月，在美國田納西大學(xué)從事博士后研究工作。在美學(xué)習(xí)和工作的八年時間里，累計發(fā)表了十多篇有重大影響的學(xué)術(shù)論文，得到美、法、日等國科學(xué)家的高度評價。

1988年9月13日，攜妻帶女回到中國，回到母校擔(dān)任一名普通教師。

1988年09月至1989年09月，在中南工業(yè)大學(xué)粉末冶金研究所工作，1988年12月破格晉升為教授。

1989年09月至1990年12月，任中南工業(yè)大學(xué)粉末冶金研究所總工程師。

1990年12月至1992年12月，任中南工業(yè)大學(xué)粉冶所所長。

1992年12月至1997年06月，任中南工業(yè)大學(xué)副校長，1993年評定為博士研究生導(dǎo)師。

1997年06月至2000年04月，任中南工業(yè)大學(xué)校長，1999年12月當(dāng)選為中國工程院院士。

2000年，創(chuàng)辦湖南剎車材料實業(yè)有限公司和湖南英捷新材料公司并任董事長。

2000年04月至2001年12月，任新合并成立中南大學(xué)的黨委常委、常務(wù)副校長。

2001年07月，創(chuàng)建湖南博云新材料股份有限公司，成為公司最大個人股東。

2001年12月至2004年08月，任中南大學(xué)黨委常委、校長。

2002年11月，當(dāng)選中國共產(chǎn)黨第十六次全國代表大會代表。

2004年09月至2011年10月，任中南大學(xué)黨委常委、校長（副部長級——2004年中南大學(xué)升格為副部級高校）。

2006年05月，當(dāng)選中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會第七屆全國委員會副主席。

2007年10月，當(dāng)選中國共產(chǎn)黨第十七次全國代表大會代表。

2008年03月，當(dāng)選中國人民政治協(xié)商會議第十一屆全國委員會委員。

2009年10月01日，應(yīng)邀赴天安門城樓觀看中華人民共和國成立60周年閱兵儀式。

2011年05月30日，當(dāng)選中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會第八屆全國委員會副主席。

2011年10月26日，因年齡原因不再擔(dān)任中南大學(xué)校長，由張堯?qū)W繼任。

2011年12月08日，全票當(dāng)選湖南省科協(xié)九屆委員會主席。

2013年3月，當(dāng)選中華人民共和國第十二屆全國人民代表大會常委會委員。

黃伯云長期從事先進(jìn)復(fù)合材料、高性能摩擦材料、高溫結(jié)構(gòu)材料、粉末冶金材料以及其它新材料的研究與開發(fā)。他共完成國家自然科學(xué)基金重點項目、國家863高技術(shù)項目、國家973重大基礎(chǔ)研究項目和國家攻關(guān)項目等10余項。其中，從1996年開始主持研究的“高性能炭/炭航空制動材料的制備技術(shù)”，榮獲2004年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎，結(jié)束了該獎項連續(xù)六年空缺的歷史，同時，這個項目的成功開發(fā)，使中國打破了歐、美在此項技術(shù)上的壟斷；“高性能粉末冶金飛機(jī)剎車材料制造”，實現(xiàn)了某型飛機(jī)剎車材料的國產(chǎn)化；“鐵基、鎢基復(fù)雜精細(xì)零部件注射成型技術(shù)”，創(chuàng)造了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)，為精密復(fù)雜零部件制造提供了整套關(guān)鍵技術(shù)；研制的“釤-鈷和鈰鈷銅鐵磁性材料”成功應(yīng)用于中國人造衛(wèi)星的關(guān)鍵通訊器件；獲國家授權(quán)發(fā)明專利10多項，在國內(nèi)外發(fā)表論文100多篇，其中被SCI和EI分別收錄43篇、81篇，出版專著2部。 ^{[9]  [23-24]} 

1988年，項目被原中國國家計委正式立項，經(jīng)費總投入1.54億元，開始了工業(yè)性實驗。

黃伯云院士調(diào)集60多名材料、化學(xué)、冶金、機(jī)械、電子、航空等6大類的工程技術(shù)人員，將項目分解成制造方法和工藝技術(shù)、制造關(guān)鍵工藝設(shè)備、抗氧化涂層和涂層技術(shù)、材料的組織結(jié)構(gòu)摩擦磨損性能、性能測試技術(shù)和評價方法、適航和地面慣性臺實驗技術(shù)等六大子課題同時攻關(guān)。

2002年，黃伯云率領(lǐng)的團(tuán)隊攻克了炭/炭復(fù)合材料制備過程中的系列難題，走出了一條與國外完全不同的技術(shù)路線，建立了全新的、完整的高性能炭/炭復(fù)合技術(shù)體系，在國內(nèi)外首創(chuàng)了具有顯著特色和自主制備技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的高性能炭/炭剎車材料制備技術(shù)，形成了重大成果和發(fā)明，其關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。在理論上發(fā)現(xiàn)了CVI微區(qū)氣氛原子堆積和摩擦膜形成的微觀機(jī)理；在國內(nèi)外首次設(shè)計并采用全炭纖維預(yù)制體，突破了國外的預(yù)氧絲預(yù)制體模式；首創(chuàng)了逆定向流—徑向熱梯度CVI熱解炭沉積技術(shù)。2005年時已形成11項國家專利，其中已授權(quán)9項，同時研發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的6大類30多臺套成套關(guān)鍵工藝設(shè)備。 ^[25] 

采用該制備技術(shù)生產(chǎn)的高性能炭/炭復(fù)合材料航空剎車副，與國外同類產(chǎn)品相比，使用強(qiáng)度提高30%，耐磨性提高20%；壽命提高9%；價格降低21%；生產(chǎn)效率提高100%；高能制動性能超過25%。 ^[25] 

此外，他們還創(chuàng)立了實驗室材料性能測試和評價方法；建立了中國首個炭/炭剎車材料地面試驗裝置，規(guī)范并制定了中國首個適航標(biāo)準(zhǔn)。 ^[25] 

為了把科研成果盡快轉(zhuǎn)化為先進(jìn)生產(chǎn)力，中南大學(xué)建成了年產(chǎn)一萬盤炭/炭剎車片的工業(yè)化示范生產(chǎn)線。 ^[25] 

為了擴(kuò)大生產(chǎn)，黃伯云與同事們先后注冊成立了4個學(xué)科性公司，其中，2004年1月15日，中南大學(xué)湖南博云新材料有限公司創(chuàng)業(yè)基地投入建設(shè)，被中國有關(guān)部門批準(zhǔn)可以生產(chǎn)“炭/炭”剎車副，該基地占地150多畝，投資1．5個億，當(dāng)年產(chǎn)值達(dá)5000多萬。 ^[25] 

全校14位院士中有9名相繼辦起了學(xué)科性公司。學(xué)校實現(xiàn)了1億多元的無形資產(chǎn)的資本化，拉動3億元民間資本投資，形成近5億元的資本總量推動科技創(chuàng)新，先后辦起50多個學(xué)科性公司，完成200多個新產(chǎn)品的市場化。黃伯云的湖南剎車材料公司僅用一年多時間就形成了年產(chǎn)300盤的生產(chǎn)線，每年可為中國節(jié)約外匯5億多美元。 ^[25] 

據(jù)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所、國家工程技術(shù)數(shù)字研究館信息：1992年至2005年期間，黃伯云共培養(yǎng)6名學(xué)生獲得博士后學(xué)位，19名獲得碩博士學(xué)位，26名獲得碩士學(xué)位，最近名單如下：

【鄒儉鵬】 學(xué)位類別：博士 ；授予學(xué)位日期 2005年10月01日； 授予學(xué)位單位： 中南大學(xué)

學(xué)位論文：HA/316L不銹鋼生物功能梯度材料研究

【羊建高】 學(xué)位類別：博士 ；授予學(xué)位日期2004年12月01日； 授予學(xué)位單位：中南大學(xué)

學(xué)位論文：梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備原理及梯度形成機(jī)理研究

【湯慧萍】 學(xué)位類別：博士 ；授予學(xué)位日期2004年12月01日； 授予學(xué)位單位：中南大學(xué)

學(xué)位論文：汽車用粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al合金的研究

【熊翔】 學(xué)位類別：博士 ；授予學(xué)位日期2004年06月01日； 授予學(xué)位單位：中南大學(xué)

學(xué)位論文：炭/炭復(fù)合材料制動性能研究

【張武裝】 學(xué)位類別：碩士 ；授予學(xué)位日期2004年06月01日； 授予學(xué)位單位：中南大學(xué)

學(xué)位論文：具有梯度結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金刀片基體研究

【王海兵】 學(xué)位類別：碩士 ；授予學(xué)位日期2004年04月01日； 授予學(xué)位單位：中南大學(xué)

學(xué)位論文：梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金的制備及梯度形成機(jī)理分析

【李宇春】 學(xué)位類別：博士后 ；授予學(xué)位日期2003年11月01日； 授予學(xué)位單位：中南大學(xué)

學(xué)位論文：復(fù)合金屬陶瓷在鋁電解電極中的應(yīng)用研究

《鈦鋁基金屬間化合物》（中南工業(yè)大學(xué)出版社1998年）

《粉末注射成形流變學(xué)》（中南大學(xué)出版社2001年）

《生物材料學(xué)》（科學(xué)出版社2004年）

《高性能炭/炭航空制動材料的制備技術(shù)》（湖南科學(xué)技術(shù)出版社2010年） ^[39] 

《炭陶制動材料的研究與應(yīng)用》（2006全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議 ）

《不同服役條件下冷凝器白銅管的腐蝕特性》（第十屆全國青年材料科學(xué)技術(shù)研討會）

《納米90W-7Ni-3Fe復(fù)合粉末的熔化點降低特性》（第十屆全國青年材料科學(xué)技術(shù)研討會）

《低成本粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al-Nd合金的研究》（第十二屆全國鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會） ^[40] 

黃伯云多年來發(fā)表期刊論文七百多篇，后期論文主要有：

《Surface adsorption phenomenon during the preparation process of nano WC and ultrafine cemented carbide》（2007年 25卷 2期 INTERNATIONAL JOURNAL OF REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS）

《不同剎車壓力下C/C復(fù)合材料的摩擦性能與摩擦面研究》（ 2007年 25卷 2期 潤滑與密封）

《低溫化學(xué)氣相滲透法制備Cf/TaC復(fù)合材料的研究》（2007年 22卷 02期無機(jī)材料學(xué)報）

《建立當(dāng)代中國大學(xué)自主創(chuàng)新體系》（2007年 22卷 01期 中國鎢業(yè)）

《鎢基合金穿、破甲材料的研究進(jìn)展》（2007年 22卷 01期中國鎢業(yè)）

《Friction and wear behaviors and mechanisms of Fe and SiO2 in Cu-based P/M friction materials》（2007年 262卷 9-10期 WEAR）

《Synthesis of tungsten oxide tapered needles with nanotips》（2007年 303卷 2期 JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH) ^[41] 

中國教育報：“作為一名院士、一名科學(xué)家，黃伯云在科學(xué)研究上的這種不達(dá)目的不罷休的科學(xué)探究精神，將會極大地鼓舞廣大高校科研人員，激發(fā)他們?yōu)閲摇樯鐣兄瞥龈嗟?a target=_blank href="/item/%E9%AB%98%E7%A7%91%E6%8A%80">高科技成果。正是像黃伯云這樣用“特殊材料”制成的科學(xué)家，以他們敢于攻克任何難關(guān)的勇氣，一步步推動著中國科研事業(yè)的發(fā)展。黃伯云實驗爐里那不熄的火焰，點亮的是中國高科技發(fā)展的歷史。” ^[9] 

湖南日報：“因為黃伯云，中國在航空制動材料領(lǐng)域的國際地位變了；不變的，是一位赤子幾十年如一日對祖國執(zhí)著的情懷！”

“感動中國2005年度人物”頒獎詞：“這個和世界上最硬材料打交道的人，有著溫潤如玉的性格，淵博寬厚，抱定赤子之心；靜能寒窗苦守，動能點石成金。他是個值得尊敬的長者，艱難困苦，玉汝以成，三萬里回國路，二十年礪劍心，大哉黃伯云！” ^[5]