黄旭华出生于1926年3月，他的父母都是医生，从医也是他的梦想。
1937年，“七七事变”爆发，面对敌机的肆意轰炸，黄旭华立志：“我不学医了，我要学航空，学造船。将来造飞机保护祖国蓝天；制造军舰抵御海上侵略。”后来，黄旭华考入了上海交通大学造船系。
20世纪50年代，面对其他国家的核威胁，毛泽东说：“核潜艇，一万年也要搞出来！”这句话，坚定了黄旭华从事核潜艇事业的决心。
1958年，他被选中调往北京，参加核潜艇研究。因任务涉及机密，此后30年，他一直隐姓埋名，工作在核潜艇研制一线。
据报道，30年间，黄旭华与家人彻底断绝了联系。“30年中，我和父母的联系只有一个海军的信箱。父亲去世，我也没回家……他只晓得我在北京工作，从来不知道我在什么单位，在干什么。”“对国家的忠，就是对父母最大的孝”。黄旭华说。
直到1987年，上海一家杂志发表了一篇关于黄旭华的报道。他把杂志寄给了母亲。母亲反复看后，把家里的子孙叫到一块，说：“三哥的事情，大家要谅解。”
为了研制出核潜艇，黄旭华和同事用算盘、秤砣等土方法来解决技术问题，将核潜艇玩具反复拆装，摸索艇体形状。1970年，中国第一艘鱼雷攻击型核潜艇下水；1974年8月，中国第一艘核潜艇，被命名为“长征一号”，正式列入海军战斗序列。至此，中国成为世界上第五个拥有核潜艇的国家。
作为中国核潜艇总体设计研究专家，黄旭华主持制定了第一代核潜艇与核动力协调总体方案及现代化改装方案，主持开展了第二代艇预研工作，并为中国未来核潜艇发展战略目标制定、装备持续创新，提出了建设性意见。
上世纪80年代末，完成中国第一代核潜艇300米深潜试验和水下运载火箭发射试验后，黄旭华把接力棒传给了年轻核潜艇研制人员。
对于年轻人，黄旭华说，核潜艇技术在任何国家、在任何时候都属于最高机密，科研人员要想从浩如烟海的报道中找到有价值的信息，必须随身带着“三面镜子”：一是“放大镜”，扩大视野，跟踪追寻有效线索；二是“显微镜”，放大信息，看清其内容和实质；三是“照妖镜”，鉴别真假，吸取精华，为我所用。
“作为一个科研人员，必须重视问题，深入细致地解决问题；作为一个总师，必须胸怀大局，勇于担当。”黄旭华说。
1994年，黄旭华当选中国工程院院士。此后，他先后获得全国科学大会奖、国家科技进步特等奖、“感动中国”2013年度人物等。
2017年11月17日，全国精神文明建设表彰大会在京举行。习近 平在人民大会堂会见了参加大会的新一届全国文明城市、文明村镇、文明单位、文明校园、未成年人思想道德建设工作先进代表和全国道德模范代表。
会见时，看到黄旭 华和82岁的贵州省遵义市播州区平正仡佬族乡原草王坝村党支部书记黄大发年事已高，站在代表们中间，习近 平握住他们的手，请他们坐到自己身旁。两人推辞，习近 平一再邀请，最后两人在习近 平 身边坐下