Bilim kadını Prof. Dr. Remziye Hisar (1902-1992) ile tıp doktoru ve fizikçi Dr. Reşit Süreyya Gürsey’in (1889-1962) ilk çocukları olarak dünyaya geldi.
Feza Gürsey, fizik okumaya lise öğrenciliği yıllarında karar verdi. Galatasaray Lisesi’ni 1940 yılında birincilikle bitirdikten sonra, İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi öğrencisi oldu, 1944 yılında da Fizik-Matematik Bölümü’nden birincilikle mezun oldu. M.E.B. sınavını kazanarak İngiltere Imperial College’a gitti. Burada 1945-50 yılları arasında Prof. Dr. H. Jones’ın danışmanlığında doktora çalışmalarını yaptı. 1950’de Kuaterniyonların alan teorisine uygulanmaları konusunda yaptığı çalışması, onun için de yaşam boyu sürecek bir araştırma ilgisinin odak noktası oldu. Bu dönem içerisinde “Tek boyutlu bir istatiksel sistem” ve “İki bileşenli dalga denklemleri üzerine” başlıklı iki önemli makale yayımladı. 1951-57 yılları arasında Ord. Prof. Dr. Cahit Arf’ın desteği ile İstanbul Üniversitesi Tatbiki Matematik Kürsüsü’ne asistan olarak atandı. 1953 yılında “Spinli elektronların klasik ve dalga mekaniği” adlı tezi ile doçent oldu.

1957-61 yılları arasında, Atom Enerjisi Komisyonu’nun bursu ile ABD’de Brookhaven Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarı’nda çalıştı, araştırmalar yaptı. Bu dönemde Brookhaven Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarı, Princeton İleri Çalışmalar Enstitüsü ve Columbia Üniversitesi’nde fizik dünyasında çok ileri düzeyde çalışma yapanlar ile birlikte çeşitli çalışmalar yürüttü.

Gürsey, 1960'lı yıllarda “Kiral Bakışım” kuralını ortaya koyarak uzay-zaman bakışım çalışmalarına önemli katkı sağladı. M. Günaydın ile birlikte yürüttüğü çalışmaları (1974-76) sonucunda, bileşik bir E6 grubunun içerdiği “oktonyon” cebirinin renk dinamiği ile ilgisi olduğunu kanıtladı. Bu çevrede adını duyuran ilk çalışması, yük bağımsızlığı ve Baryon korunumu ile Pauli Transformasyonunun ilgisini konu edinen makalesidir.

1961 yılında ABD’den Türkiye’ye dönen Gürsey, Prof. Dr. Erdal İnönü’nün ısrarları ve uğraşları sonucunda Orta Doğu Teknik Üniversitesi (ODTÜ) Teorik Fizik Bölümü’nü kurdu ve orada profesör olarak çalıştı. Bu dönem içinde Türkiye’de teorik fizik alanında yapılan çalışmaları canlandırmayı başardı.

1965-74 yılları arasında Yale Üniversitesi’nin Teorik Fizik Bölümü’nün teklifi üzerine, ODTÜ’deki görevinden ayrılmak istemeyen Gürsey, Yale Üniversitesi’nin konuk profesörlük görevini kabul etti ve ODTÜ-Yale üniversiteleri arasında dönüşümlü olarak lineer olmayan kiral modeller, konform simetri, genel görelilik üzerinde çalışmalarını sürdürdü. 1974 yılında Yale Üniversitesi Fizik Bölümü’ndeki konuk profesörlüğü sürekli duruma getirildi; izni kaldı ve ODTÜ’den ayrılmak zorunda bırakıldı.
Feza Gürsey, 1971 yılından 1991 yılında emekli oluncaya kadar Yale Üniversitesi Fizik Bölümü’nde çalıştı. 19 Ocak 1977’de temel parçacık fiziğine yaptığı katkılardan dolayı Sheldon Glashow ile birlikte Oppenheimer Ödülü’nü aldı.

Prof. Gürsey’in aldığı diğer ödüller şunlardır: 1969 TÜBİTAK Bilim Ödülü, 1977 S. Glashow ile birlikte J.R. Oppenheimer Ödülü; R. Griffiths ile Doğa Bilimlerinde A. Cressey Morrison Ödülü, 1979 Einstein Madalyası, 1981 College de France’da Konuk Profesör ve College de France Madalyası, 1984 İtalya Cumhurbaşkanı’nın Commendatore Nişanı, 1986 Roma’da Konuk Profesörlük ödülü, 1989 Türk Amerikan Bilimcileri ve Mühendisleri Derneğinin Seçkin Bilimci Ödülü, 1990 Galatasaray Vakfı Madalyası. 1993’te Ankara’da kurulan Türkiye’nin ilk bilim merkezine de onun adı verilmiştir. En önemli eseri, “Parçacık Fiziğinde Simetri”dir (Symmetries in Particle Physics).

Prof. Gürey, 1991 yılında emekli olduktan sonra Türkiye’ye döndü ve Boğaziçi Üniversitesi’nin davetini kabul ederek Fizik Bölümü’ndeki odasına yerleşti. Aynı yıl yakalandığı prostat kanseri nedeni ile 13 Nisan 1992’de Yale Üniversitesi Hastanesi’nde vefat etti.