1935年10月11日，汪集旸出生在江苏省苏州吴江县严墓镇（今苏州吴江市铜罗镇）的一个知识分子家庭。

1937年，七七事变后，汪集旸随父母举家内迁，途经香港、海防等地进入昆明，住在父亲的工作单位云南盐务管理局宿舍所在的南强街上。

1945年，抗日战争胜利后，汪集旸又随机关迁回杭州，进了杭州市的一所私立学校宗文中学，念了不到三个月就得了一场伤寒症，休学一年身体恢复后，进育英中学（现名震泽中学）学习。

1949年，新中国成立时，汪集旸正好国中毕业。

1950年，举家从家乡迁往杭州，汪集旸考入了浙江省杭州高级中学。

1952年，由于高考生源不足，春季班提前毕业，汪集旸考取了北京地质学院（现中国地质大学），他是1952年院系调整后第一届入学的学生。

1956年，汪集旸毕业于北京地质学院水文与工程地质系，毕业后留校任教。并进了俄语专科学校（北京外语学院前身）留苏预备部学习俄语

1958年底，汪集旸被派往莫斯科地质勘探学院攻读副博士学位，师从地下水资源评价专家普罗特尼可夫教授，从事一项工业利用溴、碘地下水资源的科研项目。

1962年6月，通过了题为《西西伯利亚自流水盆地溴、碘地下水资源分布》的学位论文答辩，并获得莫斯科地质勘探学院地质矿物学副博士学位。同年7月回国，10月底进入中国科学院地质研究所（1999年改为中国科学院地质与地球物理研究所）工作，在水文地质工程地质研究室当助理研究员。

1971年底，汪集旸从中国科学院湖北广化寺‘五七’干校回北京后，即开始了地热研究。

1979年，汪集旸作为中国科学院首批派遣的访问学者，先到美国东部维吉尼亚理工大学地学系任访问教授，结合柯斯坦（Costain）教授关于美国东部大西洋沿岸中低温地热资源评价的项目进行研究，工作过程中发现美国东部地热资源分布与华北盆地颇为相似，汪集旸就将在华北地区的工作作了介绍并指出一些可资借鉴之处。

1980年，汪集旸作为高级客座研究员转到西部旧金山市南面门罗公园（Menlo Park）美国地质调查所西部总部地热部作研修。

1981年，汪集旸结束在美国两年的进修回到中国。

1986年，汪集旸开始带博士研究生。

1995年，汪集旸当选中国科学院地学部院士。

1996年，汪集旸当选国际矿产资源科学院院士。

2001年，汪集旸当选为国际欧亚科学院院士。

20世纪70年代初到70年代中后期，汪集旸参加了广东丰顺地热田的前期调研工作，平顶山煤矿的矿井深部地温预测及热害防治研究，以及中国煤矿地温调查。通过这些工作，在解决生产实际问题的同时掌握了一大批地温数据及岩石热物理性质参数，这就为今后开展的理论地热学主要组成部分的大地热流研究打下了坚实的基础。这里必须指出，在汪集旸从事地热研究的过程中，中国地学界的老前辈包括黄汲清、李春昱、顾功叙、傅承义等都给予了大力的支持，特别是当时的地质所所长张文佑先生和涂光炽、叶连俊、刘东生教授更是备加鼓励，悉心指点。1979年在《地震学报》首卷首期上发表中国第一批大地热流数据时，顾老、傅老对全文进行审阅并对英文摘要逐字作了修改。

汪集旸在中国开展系统的理论和套用地热研究，在大地热流、深部地热、矿山、油田地热和地热资源方面取得创造性的成就并建立起颇具特色的中国地热研究体系。20世纪70年代开展大地热流和矿山地热研究工作，填补了中国这一领域的空白；20世纪80年代开展深部地热研究，恢复了华北盆地中新生代热演化史；在攀西古裂谷地区提出岩石圈热结构模式并确定出中国第一个“热流省”；提出在中国东南地区这类複杂的碰撞造山带，热流（q）生热率（A）线性相关律不成立的新观点；根据地质构造特点将中国岩石圈热结构划分为五种类型，其中藏南为“热”壳“冷”幔，华北盆地为“冷”壳“热”幔；指出中国大陆地区总的热背景并不高但具“东高西低”、“南高北低”的特点。

汪集旸在套用地热方面开创矿山地热工程科技领域，提出矿山地温类型划分及矿山热害防治的地质工程措施；提出中国地热资源形成分布的构造热背景；对东南沿海地区水热系统属性提出新看法，认为该区不可能赋存高温地热资源；提出中低温对流型地热系统成因模式并撰写出世界上第一部专着；指出中国大中型含油气盆地地热特徵并从地热角度对油气资源潜力作出评价；首次将岩石圈热结构概念引入含油气盆地研究，指出东部“热”盆、西部“冷”盆产生的深部地热背景。20世纪90年代在系统总结中国理论及套用地热研究成果的基础上，编制出《中国大陆地区大地热流分布图》和《中国温泉及放热量分布图》（1∶600万），以及《中国莫氏面温度分布图》和《中国热岩石圈厚度图》（1∶1200万）等一系列图件。

汪集旸还撰写出英文版《中国地热》（《GeothermicsinChina》）专着一本。从而对地球科学理论和国民经济建设作出了重大贡献。曾获中国科学院及其他部委自然科学及科学技术进步一等奖4项，出版学术专着7部及学术论文百余篇。

汪集旸已在国内外学术刊物上发表论文100多篇，撰写专着6部。主要论着有《中低温对流型地热系统》（1993）、《Geothermics in China》（1996）、《神奇的地热》（2001）、《地热利用技术》（2005）等。

汪集旸先后承担国家重点基础科学前沿研究的“973”项目、国家科技攻关项目等。

2005年，汪集旸牵头的中国科学院学部重大谘询项目“新疆地下水地表水联合开发利用”，经过大量野外调查和理论分析，提出应在天山南北麓有利部位修建地下水库的建议，受到自治区领导的高度重视，2007年自治区水利厅启动了阿克苏地区台兰河地下水库试点工程。

2008年，汪集旸在承担路甬祥院长亲自领导的能源科技路线图的编制过程中，提出应在我国开展深部地热资源的调研和开发利用的前期研究工作，受到院领导的高度重视，并已列入“中国2050年能源科技发展路线图”（科学出版社，2009）之中。

2010年，在国家能源局与中国工程院主办的首届中国能源高层论坛上，汪集旸提出要构建地热能开发利用的国家级平台，提高创新能力。同时要进一步模清全国地热资源家底，加大支持力度；加强技术研发，实施示範工程；制订优惠扶持政策，加速地热产发展等四点建议，受到国家能源局的高度重视，目前正在进一步推动落实之中。

2011年，在中国科学院与新疆自治区共同主办的“天山南北院士行”活动过程中，汪集旸牵头的水资源组提出要加大新疆地下水库勘察与建设力度、加快国际河流开发、加强水资源配置工程建设、儘快设立新疆水资源科技专项等七项建议，以实现新疆水资源可持续开发利用，受到自治区领导的高度重视并正在逐项落实之中。

汪集旸先后获得国家科学技术进步奖二等奖1项（2005），中国科学院及其他部委自然科学及科学技术进步奖一等奖4项。

汪集旸一贯重视并大力培养年轻人，已培养博士、博士后40人余人，他的学生中不少已是中国国内外地热和水文地质学界的中坚骨干和学术带头人。1991年、1993年两度被评为中国科学院优秀博士生导师。2004年，他获得全国优秀博士生学位论文指导教师称号并获中国科学院优秀博士生导师奖。

汪集旸舅父朱庭祜是中国最早学地质的十人之一，在中央地质研究所（北大地质培训班，三年制）与谢家荣、王竹泉老先生等人同班。解放初期他在浙江大学地质系执教，由于他在美国念研究生时看过一些大坝的工程地质，因此50年代初兴建新安江水库时他经常带学生去野外考察，每次回来都带回不少标本。当时汪集旸觉得挺好玩的，与很多学地质的人一样认为学地质可以游山玩水，加之当时要填三个志愿和十五所学校，也就将地质填上了。