1934年，曾呈奎从岭南大学毕业，获得理学硕士学位。

1935年7月，曾呈奎进入国立山东大学生物系（今中国海洋大学）工作，担任讲师。

1937年7月，曾呈奎晋升为副教授。

1938年6月，曾呈奎担任岭南大学植物学副教授兼植物标本室主任。

1940年，曾呈奎获得美国密西根大学研究生院奖学金，赴美攻读博士学位。

1942年5月，曾呈奎从美国密歇根大学研究院毕业，获得理学博士学位，紧接着又获该校拉克哈姆博士后奖学金。

1943年3月，曾呈奎前往美国加州大学斯格里普海洋研究所进修海洋学，同时进行海藻调查研究，被该所聘请负责海藻资源及其利用的研究（至民国三十五年十二月）。

1946年底，曾呈奎放弃美国优越的工作条件和优厚的生活待遇回国，担任山东大学植物学教授、系主任，兼水产系主任和海洋研究所副所长。

1950年，曾呈奎和童弟周、张玺、朱树屏受国家之托，共同筹建中国科学院水生生物研究所青岛海洋生物研究室。同年加入中国民主同盟，历任青岛市主任委员，山东省副主任委员，1987年起任中央委员。

1954年，改建制为中国科学院海洋生物研究室，曾呈奎均任副主任、研究员。

1956年，曾呈奎负责的紫菜生活史研究获得中华人民共和国成立后第一次颁发的全国性科研成果奖——中国科学院科学奖三等奖。

1957年，中国科学院海洋生物研究室扩大建制为中国科学院海洋生物研究所，1959年再次扩大建制为中国科学院海洋研究所，在此期间曾呈奎一直担任第一副所长。

1958年，中国进行了为期两年的大规模海洋综合调查，共调集600多名科技人员和50多艘船只参加，曾呈奎为这次调查领导小组的副组长。

1975年，66岁的曾呈奎率队对西沙群岛进行海洋生物科学考察。

1977年，中国水产学会在天津召开的恢复学会活动的全国性大会上，曾呈奎提出了“海洋水产生产农牧化”的建议。

1978年，曾呈奎担任中国科学院海洋研究所所长。

1980年，曾呈奎率队二进西沙群岛，实地考察40天，初步认定了原绿藻在中国热带海域的分布。

1984年，曾呈奎担任中国科学院海洋研究所名誉所长。

1987年，曾呈奎担任中国科学院实验海洋生物学开放研究实验室主任。

1980年，曾呈奎当选为中国科学院学部委员（院士），同年被聘为加拿大大西洋海洋研究所卓越访问科学家。同年1月8日加入了中国共产党。

1985年，曾呈奎当选第三世界科学院院士。

1991年，在世界水产养殖会议上，曾呈奎当选世界水产养殖学会永久荣誉会员。

1992年，曾呈奎提出的“国家攀登计划B中应增加有关海洋高技术的项目被采纳，并被聘为首席科学家。

2005年1月20日，因患多脏器功能障碍综合症医治无效在青岛逝世，享年96岁。

曾呈奎对经济海藻资源的开发利用和化学加工以及对紫菜、海带栽培生物学研究所取得的成果，为中国海藻栽培及化工生产事业的建立和发展奠定了基础。对海藻比较光合作用和色素吸收研究所取得的成果，为探讨光合生物的进化途径提供了资料。率先提倡海洋水产生产必须走农牧化的道路。

曾呈奎首次发现并报导了西沙群岛原绿藻，组织领导了西沙群岛海洋生物调查研究；进行了海带夏苗低温培育、陶罐施肥，参与完成了商品海带南移栽培实验，使海带在中国长江以南大面积海域栽培成功；提出了紫菜壳斑藻阶段的大量培养方法，创造了利用马尾藻为原料提取褐藻胶的方法，并成功地应用在工业生产上；通过海藻光合作用和色素吸收研究，提出了光合生物的进化途径；提出了在中国发展蓝色农业研究和开展大型底栖海藻栽培以改善日益恶化的海洋环境的必要性，提出了中国海洋生物技术研究设想，领导开展了海藻的生物技术研究，建立了中国第一个海藻基因工程研究实验室。

曾呈奎从1930年到1940年任岭南大学副教授期间，就曾带几名采集工人对近海海藻资源进行了调查研究。十年内，他采集了几千号海藻标本，以这些最早的海藻资料，发表了《中国海藻分类研究》这篇论文，成为中国海藻研究的奠基者。

从1950年下半年开始，曾呈奎培养并组织了一批藻类分类学家（包括自己所教的学生），有计划地对包括中国沿海在内的北太平洋西部的底栖海藻作了全面调查，开展了中国海藻资源和分类体系的研究。曾呈奎教授与助手们进行孢种研究，实现人工生产壳孢子，用于紫菜的人工养殖。他们的驯种成果在沿海推广后，人工栽培紫菜业迅速发展起来，使中国紫菜年产量达到了一千多万吨干品。

20世纪70年代初，曾呈奎将基础研究的重点转移到藻类的进化研究。他提出了一个引起科学界异常关注的问题，关于色素、光合作用和光合生物进化的理论设想——海洋植物在登陆之前进化的主要动力是光合作用，而光合生物的进化同光合作用的结构和功能有密切的关系。这个有关生命起源问题的理论系统，是建立在曾呈奎40多年对海藻研究的厚实基础之上的。这一设想在曾呈奎率队考察西沙群岛首次发现原绿藻时得到了验证。

曾呈奎和一些海洋生物学家都把注意力集中到海带能否在中国进行人工栽培的自主科学研究上。对中国藻类分布、形态生活史研究很深的曾呈奎细心地观察海带在初夏的变化情况，发现海带初夏也放孢子。

曾呈奎与他的助手利用日光灯和冰箱进行海带夏苗试验，他又提出陶罐渗漏施肥，对海带生长起到了重要作用。随着切梢增产法、合理密植法、夏苗病害防治法等新方法的诞生，海带养殖南移成功。到1985年，中国年产海带干品25万吨，占全世界年产量的80%，成为世界上头号海带养殖生产大国。

20世纪70年代初期，曾呈奎开始了比较光合作用和光合生物进化的研究。他与助手们通过大量的调查，并在中国的西沙群岛首次发现了单细胞藻——原绿藻。通过深入的研究，不仅坚定了他对光合生物系统发育观点的信念，而且由他为此而提交给纪念达尔文逝世100周年大会的论文，得到了与会者的重视。

20世纪60年代初，曾呈奎与赫崇本、朱树屏等7名科学家联名向国务院写报告，建议成立国家海洋局，并规划了其管理、研究的任务。国务院很快批准成立了国家海洋局，从此中国海洋国土有了专门的政府机构管理。

20世纪70年代末，曾呈奎向国家建议开展南极的调查研究工作，被国务院采纳。

截至2005年1月，曾呈奎独自或与他人合作发表370余篇高水平的学术论文，出版12部学术专著。

曾呈奎先后赴苏联、民主德国、美国、日本、英国等十几个国家进行访问、讲学和参加学术会议，并以组织委员会主席的身份于1983年6月在青岛成功地组织了第十一届国际海藻学术探讨会。

截至2005年1月，曾呈奎先后获得全国科学大会奖、国家自然科学奖、国家科技进步奖、中国科学院重大科技成果奖和省（部委）奖。

曾呈奎在少年时代受母亲林水清的思想影响较大。由于父亲长期在中国国外经商，他青少年时就挑起了管理家务的重担。

曾呈奎青年时期充满爱国主义热情，并决心研习农业科学，用先进的农业科学使农业增产丰收，为劳动人民造福，使国家发达、强盛。他以此作为自己的使命，因而给自己取号“泽农”，立志农业、科技救国。

1966年，曾呈奎的入党申请通过了基层党组织讨论，并期待上级党组织批准之际，文化大革命却将曾呈奎打成“反动学术权威”、“大特务”，他受到了批斗和折磨。直到1980年1月8日，他才实现了20多年加入中国共产党的夙愿。

曾呈奎一次因病住院，他一边准备手术，一边准备去马来西亚参加国际学术会议。为了不影响陪床老伴的休息，他半夜悄悄起床躲到病房洗手间里，坐在马桶上修改英文学术报告。手术后刀口尚未完全康复，他就带着助手和学生飞赴马来西亚吉隆坡参加“亚太地区海洋科学与技术大会”，并用英语作了45分钟的学术报告。

曾呈奎在二十世纪五十年代就是山东大学著名的教授之一。他性格开朗，十分健谈。在教学上精益求精，悉心培育人才；在科学研究上更有一种执着追求、锲而不舍的精神。曾呈奎还首先提出并阐明海洋生产必须走农牧化的道路，推动了中国海洋水产生产养殖业的发展，对全世界的水产事业产生了巨大的影响。他为祖国的海藻事业培养了一大批硕士研究生、博士研究生和专门技术人才。（山东大学评）

半个世纪来，曾呈奎以艰苦卓绝的精神，执着地研究海洋植物，先后发表许多论文和专著，有些工作是奠基性和开创性的，为中国海洋植物的开发作出了卓越的贡献。（台海网评）

曾呈奎是中国海藻学研究的奠基人之一，中国海藻化学研究的开拓者之一。（中国科学院海洋研究所评）

曾呈奎开创并发展了中国海洋科学事业的许多重要领域，促成了中国海洋事业的许多重大决策，为我国海洋科学研究事业的发展做出了重大的贡献。（中国民主同盟山东省委员会评）

“壳孢子”（COHCHOSPORE）一词是由曾呈奎定名，得到了国际藻类学界的普遍承认并一直沿用下来。

曾呈奎一生俭朴，却从自己的工资、稿费和奖金中累计拿出了近30万元用于公益事业，捐助困难学生和社会弱势群体，他获得国家民政部授予的“2004年度全国爱心捐助奖”。 2004年12月，曾呈奎各脏器功能衰竭，经过抢救苏醒过来的他，第一件事就是表示要向慈善总会再捐款2万元。2005年1月12日，曾呈奎已处于弥留之际，特意委托胡敦欣院士代他向印度洋海啸灾区捐款1000元。

为纪念中国著名的海洋科学家曾呈奎博士，继承、开拓和发展曾呈奎先生在海洋生物学领域开创的事业，弘扬曾呈奎先生治学严谨、勇于创新、奋力开拓和重视选拔新秀的精神，鼓励中青年科技人员热爱海洋科学事业，勇攀科学高峰，做出新贡献，根据曾呈奎先生的遗愿及广大海洋科技工作者的意愿，中国海洋湖沼学会设立了曾呈奎海洋科技奖。

2023年报道，中科院海洋所藻类生理过程与精准设计育种研究团队在海南岛发现了江蓠科1个新物种，研究人员将其命名为曾氏江蓠，以纪念中国著名藻类学家曾呈奎对海洋藻类多样性研究作出的贡献。