就學
1948年出生於嘉義縣義竹鄉的翁啟惠，在小學四年級之前，他的功課並不突出，但升上五年級後，卻突然開竅，成為班上唯一考上台南一中初中部、後來又直升高中部的學生。當時他獲得保送清華大學化學系，但因親友期望他讀醫科而放棄保送資格，而後因為沒有考上台灣大學醫學系，只好進入第二志願台大農化系，從此讓他和化學研究結下不解之緣。
台大畢業後，翁啟惠跟隨化學系教授王光燦八年（台大化學系一年、中研院生化所七年）研究蛋白質合成，中途並取得台大生化科學碩士，而後才出國留學，那年他已經31歲了，雖然起步比較晚，但因過往研究表現傑出（已發表35篇論文），他不但在中研院留職留薪，還成為第一位以全額獎學金直接進入MIT化學系攻讀博士的台灣學生。
MIT就學時期，翁啟惠確認自己的興趣，他跟著教授懷特賽茲（George Whitesides），研究以酵素為主的新化學合成法；為了延續研究，希望能將酵素合成法應用於複雜分子（包括醣分子）上，3年即拿到博士學位的翁啟惠，與懷特賽茲搬到哈佛大學當一年的博士後研究員。本要回國服務，但因懷特賽茲及王光燦教授的鼓勵，決定留在美國追求更大的成就，還賣掉台北的房子，把四年來留職停薪的薪水還給中研院。
講座
致力於醣分子合成研究的翁啟惠，1983年到德州農工大學化學系擔任教職，4年後升為正教授。1989年本要應史丹佛大學之聘擔任教授，旅途中他順道去聖地牙哥的斯克里普斯（The Scripps Research Institute, TSRI）研究院演講，當時的院長勒納（Richer Lerner）聽完演講後，就提出條件優渥的合約，希望聘請他擔任新成立的化學系主任。
當時TSRI在生物醫學領域相當知名，但沒有從事化學研究的部門，翁啟惠直覺認為化學領域對生物醫學的發展很有潛力，因而決定到TSRI，但他婉拒行政職，只願意當講座教授，專心從事研究，10年後，TSRI在化學生物領域被評為全美第一名。
翁啟惠表示，獎項和獎座的獎金，是讓他能夠心無旁騖的專心於研究的重要原因。1985和1986年他在美國當助理教授時，連續獲得美國生物醫學西樓學者獎和美國總統青年化學家獎，這些獎項有政府及大企業資助且無限制的配合款，讓他放心投入醣分子的領域，並擔任研發公司顧問從中學習創新及選題的竅門。
而後在Scripps研究院化學獎講座教授時，這個講座原本獎金有200多萬美元，經過滋息，20年後，竟然高達1千多萬美元，只是他因回台接任中研院院長 ，而放棄了該筆獎座基金。
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