Đồng Đệ Chu sinh năm 1902 tại tỉnh Chiết Giang. Năm 1922 thi đỗ vào chuyên ngành tâm lý học Khoa triết học Đại học Phúc Đán. Năm 1927 sau khi tốt nghiệp làm trợ giảng môn sinh học tại trường Đại học Trung Ương. Năm 1930 đi lưu học tại Bỉ, năm 1934 đỗ tiến sĩ.
Cuối năm 1934 về nước, Đồng Đệ Chu đã lần lượt giảng dạy tại trường Đại học Sơn Đông, Y học viện Đại học Trung Ương, Khoa sinh học Đại học Đồng Tế và Khoa sinh học Đại học Phúc Đán. Năm 1948, Đồng Đệ Chu được bầu làm viện sĩ Viện nghiên cứu Trung Ương. Năm 1950 ông kiêm nhiệm Phó viện trưởng Viện nghiên cứu sinh học thí nghiệm Viện hàn lâm Trung Quốc và Chủ nhiệm Phòng nghiên cứu sinh học biển Thanh Đảo Viện nghiên cứu sinh học dưới nước. Năm 1951 làm hiệu phó Đại học Sơn Đông. Năm 1955 được bầu làm viện sĩ Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc và phó chủ nhiệm địa học sinh học, kiêm chủ nhiệm Phòng nghiên cứu sinh học biển Thanh Đảo Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc. Năm 1978 làm Phó viện trưởng Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc.
Từ năm 1956 đến đầu thập niên 60, Đồng Đệ Chu nhậm giữ chức Phó Chủ nhiệm Ủy ban ngư nghiệp 4 nước Trung Quốc, Liên Xô, Triều Tiên, Việt Nam, đóng vai trò thúc đẩy công tác nghiên cứu khoa học thủy sản và giao lưu khoa học, xúc tiến tình hữu nghị giữa các nhà khoa học 4 nước.
Trong cuộc đ\̀i nghiên cứu khoa học gần 50 năm, Đồng Đệ Chu còn chú ý nghiên cứu ứng dụng, dốc sức phục vụcho công việc xây dựng kinh tế quốc dân trong khi coi trọng nghiên cứu lý luận cơ bản. Ông luân nghiên cứu các lĩnh vực phôi học thí nghiệm, sinh học tế bào, sinh học phát dục, v.v. Đến tuổi già, ông còn chú ý đưa thành quả trong nghiên cứu lý luận quan hệ hạt chất ứng dụng vào thực tiễn y học và nông nghiệp. Ví dụ đưa việc nghiên cứu tế bào lai vào việc phòng chống ung thư, đưa việc nghiên cứu cấy ghép hạt nhân tế bào các loài cá vào việc cải tạo giống của các loài cá, v.v. những công việc này đều rất có giá trị thực tiễn.
Đồng Đệ Chu từng giảng dạy các môn động vật học cơ bản, tế bào học, giải phẫu học, di truyền học, phôi học, thí nghiệm phôi học, v.v. Quan trọng hơn là, khi giảng dạy ông đều giải thích từ góc độ động thái và tiến hoá, kết hợp nghiên cứu khoa học của mình để luận chứng, coi trọng đào tạo năng lực tư duy khoa học và phương pháp thí nghiệm khoa học của học sinh, đây là điểm thành công nhất trong giảng dạy của ông và có ảnh hưởng lớn nhất cho học sinh. Ông đã đào tạo một loạt học sinh xuất sắc cho giới sinh học Trung Quốc.