Jürgen Mlynek wurde 1951 in Gronau an der Leine geboren. Er studierte Physik an der Universität Hannover und dem École Polytechnique in Paris. 1979 hat er an der Universität Hannover promoviert. Nach einem Arbeitsaufenthalt im IBM Research Laboratory in den USA kehrte Mlynek nach Europa an die ETH Zürich zurück. 1990 wurde er als Professor für Physik an die Universität Konstanz gerufen und setzte seine Forschung auf den Gebieten der Experimentellen Quantenphysik, der Kern- und der Oberflächenphysik dort fort. Von 1996 bis 2001 war er Vizepräsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft. 2005 wurde er zum Präsidenten der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren gewählt, einer der größten deutschen Forschungsorganisationen.