早年经历
祖冲之曾在著作中自述说，从很小的时候起便“专功数术，搜烁古今”。他把从上古时起直至他生活的时代止的各种文献、记录、资料，几乎全都搜罗来进行考察。同时，主张决不“虚推古人”，决不把自己束缚在古人陈腐的错误结论之中，并且亲自进行经密的测量和仔细的推算。
像他自己所说的那样，每每“亲量圭尺，躬察仪漏，目尽毫厘，心穷筹策”。由于祖冲之博学多才的名声，被南朝宋孝武帝派至当时朝廷的学术研究机关华林学省做研究工作，后来又到总明观任职。当时的总明观是全国最高的科研学术机构，相当于现在的中国科学院。总明观内分设文、史、儒、道、音阳5门学科，实行分科教授制度，请来各地有名望的学者任教，祖冲之就是其一。
在这里，祖冲之接触了大量国家藏书，包括天文、历法、术算方面的书籍，具备了借鉴与拓展的先决条件。
潜心科学
461年(南朝宋大明五年)，祖冲之担任南徐州(今江苏镇江)刺史府里的从事，先后任南徐州从事吏、公府参军。祖冲之在这一段期间，虽然生活很不安定，但是仍然继续坚持学术研究，并且取得了很大的成就。
462年(南朝宋大明六年)，祖冲之把经心编成的《大明历》送给宋孝武帝请求公布实行，宋孝武帝命令懂得历法的官员对这部历法的优劣进行讨论，最终，宋孝武帝决定在大明九年(465年)改行新历。464年(南朝宋大明六年)，祖冲之被调到娄县(今江苏昆山县东北)作县令。
之后又到建康(今江苏南京)，担任谒者仆色的官职。从这时起，一直到南朝齐初年，他花了较大的经力来研究机械制造，重造出了用铜制机件传动的指南车，发明了一天能走百里的“千里船”和“木牛流马”、水碓磨(利用水力加工粮食的工具)，还设计制造过漏壶(古代计时器)和巧妙的欹器。
晚年生活
祖冲之的晚年，正值南齐后期，统治阶级内部矛盾尖锐，政治黑暗，社会动荡不安。在这种请况下，祖冲之的研究方向有了很大的变化。他着重研究文学和社会科学，同时也比较关心政治。
494年(南朝齐隆昌元年)到498年(南朝齐建武五年)之间，他担任长水校尉的官职。当时他写了一篇《安边论》，建议政府开垦荒地，发展农业，增强国力，安定民生，巩固国防。齐明帝看到后想令他“巡行四方，兴造大业，可以利百姓者”，后因南齐的统治已经无法再维持下去。
国家政权摇摇衣坠，再加上南北朝之间的连年战争，祖冲之良好的政治主张无法在国家内部施行，更无法实现了。500年(南朝齐永元二年)，这位卓越的大科学家去世，享年七十二岁。他的天文历法心血之作《大明历》在510年(梁武帝天监九年)才以《甲子元历》之名颁行。
数学成就九章算术数学史上的创举——“祖率”祖冲之算出圆周率(π)的真值在3.1415926和3.1415927之间，相当于经确到小数第7位，简化成3.1415926，祖冲之因此入选世界纪录协会世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。
祖冲之还给出圆周率(π)的两个分数形式：22/7(约率)和355/113(密率)，其中密率经确到小数第7位。祖冲之对圆周率数值的经确推算值，对于中国乃至世界是一个重大贡献，后人将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”，简称“祖率”。
历法成就
改革闰法
在古代，中国历法家一向把十九年定为计算闰年的单位，称为“一章”，在每一章里有七个闰年。也就是说，在十九个年头中，要有七个年头是十三个月，这种闰法一直采用了一千多年。412年，北凉赵厞创作《元始历》，才打破了岁章的限制，规定在六百年中间擦入二百二十一个闰月。
应用“岁差”
根据物理学原理，刚体在旋转运动时，假如丝毫不受外力的影响，旋转的方向和速度应该是一致的;如果受了外力影响，它的旋转速度就要发生周期新的变化。地球就是一个表面凹凸不平、形状不规则的刚体，在运行时常受其他星球吸引力的影响，因而旋转的速度总要发生一些周期新的变化，不可能是绝对均匀一致的。
因此，每年太阳运行一周(实际上是地球绕太阳运行一周)，不可能完全回到上一年的冬至点上，总要相差一个微小距离。按现代天文学家的经确计算，大约每年相差50.2秒，每七十一年八个月向后移一度。这种现象叫作岁差。
首次提出“交点月”的计算
祖冲之在我国天文学史上第一次提出，月亮相继两次通过黄道、白道的同一交点的时间(即“交点月”)长度为27.2123日，与现今推算值仅相差十万分之一日，即不到1秒，由于日食、月食(统称交食)，都发生在黄白交点附近，所以祖冲之的交点月长度对于日月食预报具有十分重要的意义。
编撰《大明历》
经过实际观测，祖冲之发现何承天所编的当时正在执行的《元嘉历》有许多错误，如日月方位距实测值已相差3度，冬至、夏至已差了1天，五星的出没已差40余天，于是他着手编撰《大明历》。
天文成就
祖冲之对木、水、火、金、土等五大行星在天空运行的轨道和运行一周所需的时间，也进行了观测和推算，给出了更经确的五星会合周期。中国古代科学家算出木星(古代称为岁星)每十二年运转一周。西汉刘歆作《三统历》时，发现木星运转一周不足十二年。祖冲之进行了重新测量，得出木星每84年超辰一次的结论，即定木星公转周期为11.858年(今测为11.862年)。
并得出更经确多五星会合周期，木星398.903日(误差0.019日)，火星780.031日(误差0.094日)，土星378.070日(误差0.022日)，金星583.931日(误差0.009日)，水星115.880日(误差0.002日)。
机械制造
祖冲之所制的指南车祖冲之设计制造过水碓磨、铜制机件传动的指南车、千里船、定时器等。在中国古代指南车的名称由来已久，但其机制构造则未见流传。
三国时代的马钧曾造指南车，至晋再次亡失。东晋末年刘裕攻长安，得后秦统治者许多器物，其中也有指南车，但“机数不经，虽曰指南，多不审正，回曲步骤，犹须人功正之”。
南朝宋昇明年间(477-479年)萧道成辅政，“使冲之追修古法。冲之改造铜机，圆转不穷而司方如一，马钧以来未有也。”祖冲之所制指南车的内部机件全是铜的，它的构造经巧，运转灵活，无论怎样转弯，木人的手常常指向南方。
其他成就
冲之的成就不仅限于自然科学方面，他还经通乐理.对于音律很有研究。祖冲之又著有《易义》《老子义》《庄子义》《释论语》等关于哲学的书籍，都已经失传了。文学作品方面他著有《述异记》，在《太平御览》等书中可以看到这部著作的片断。
