1904年3月15日劉思職出生於福建省仙遊市壹書香門第。父親曾當過學堂教師和清朝吏部小吏。劉思職自幼聰穎勤奮，學習成績總是名列前茅。在家鄉讀完中學後，17歲即考入廈門大學化學系。
1919～1921年在福州甲種工業學校學習並畢業。
1919～1921年 在福州甲種工業學校學習並畢業。
1921～1924年 在廈門大學化學系學習。
1924～1925年 在上海大夏大學化學系學習並畢業，獲學士學位。
1925～1926年 在美國西南大學理學院學習，獲理學士學位。
1926～1929年 在美國堪薩斯大學研修物理化學，獲哲學博士學位。
1925年，得嶽父相助，劉思職自費出國留學，入美國西南大學化學系，1926年畢業獲理學士學位。同年，入堪薩斯大學學習物理化學，攻讀博士，同時兼任該系助教，以其收入維持學習和生活費用。1929年以優異成績通過博士論文答辯，取得博士學位。
1928年，成為美國科學榮譽學會（Sigma Xi Honorary Society）榮譽會員。回國後，受聘在上海大夏大學任教授。翌年應聘到北京協和醫學院任講師、襄教授。
1928～1942年間他長期與吳憲合作。1942年因太平洋戰爭爆發，日軍占領北京協和醫學院而離開該院。
1929年，劉思職在學成後立即回國。1929—1930年在上海大夏大學任教。1930—1942年應聘到北平協和醫學院任助教，後提升為講師、副教授。在此期間，曾先後赴德國威廉凱撒研究院細胞生理研究所及英國劍橋大學摩丁諾研究所進修。
1929～1930年 任上海大夏大學教授。
1934年8月～1935年6月曾到德國威廉凱撒皇家研究院細胞生理系，在著名生物化學家O.H.瓦爾堡（Otto Heinrich Warburg）的實驗室進修。
1935年6月～8月 到英國劍橋大學進修。
1935～1942年 任北京協和醫學院襄教授。
1941年太平洋戰爭爆發後，協和醫學院停辦。1942年執教於北京大學醫學院及其後的北京醫學院，任教授及生物化學教研室主任。 劉思職在協和醫學院任教期間，大部分時間是作為中國卓越的生物化學家吳憲教授的助手，在吳憲實驗室從事生物化學和免疫化學教學與研究工作。他在吳憲教授直接指導下，進行蛋白質變性的實驗研究。
生物化學是20世紀的壹門新興學科。劉思職在協和任教之初，學校使用的教材全部都是英文本。他們深感要推動生物化學在中國的發展，必應使用中國的文字表達生化名詞和教材。吳憲教授曾嘗試用中文寫出生物化學實驗講義，遭到協和醫學院外籍女教務長的反對。在抗日戰爭勝利後，劉思職曾組織部分生物化學學者著手編纂中文生物化學名詞，但遭到當時協和醫學院生物化學系主任、原燕京大學外籍教授W?H?阿道夫(Adolph)的反對，他借口脫離協和醫學院的中心工作而加以否定。直到中華人民***和國成立後，他才有可能和幾位同道壹起，於1950年初開始編譯生物化學有關名詞，完成了壹部比較系統的《生物化學名詞草案》。該草案不久為全國所采用，統壹了全國的生物化學名詞，並給以後的生物化學教科書的編寫出版創造了良好的條件。
1942年以後在北京大學醫學院及其後身北京醫學院任教授。
1942～1945年又任北京大學理學院教授，1945～1946年任北平臨時大學藥學系教授。
1946～1951年兼任輔仁大學教授。1949～1950年為天津河北醫學院兼任教授，1950年為哈爾濱醫科大學兼任教授及中國科學院專門委員。北京醫學院成立後在該院任教授及生物化學教研室主任。
1956年受聘為中國科學院生物學部委員、中國醫學科學院兼任研究員。當時中國壹邊倒地學習蘇聯，蘇聯的科研體制是以科學院和研究機構為主，高等學校的科研力量不受重視，財政上得到的支持也很少。劉思職對該項政策壹直抱有異議，認為發展科學應以高等學校為主體，因為高等學校集中了大批的優秀科研人才，是培養科學家的搖籃。為此，他婉言謝絕了生理學家馮德培教授建議他組建中國科學院生物化學研究所的邀請，留在北京醫學院從事教學和科研工作。其後雖受聘兼任中國醫學科學院兼職教授，但始終以高等學校作為他壹生主要的科學研究基地。他還曾任中國生理科學會理事長，《中國生理學雜誌》主編。為了振興中國生物化學，1950 年代初，他曾與另壹位生物化學教授壹起，向當時的中國科學院院長郭沫若建議動員旅居美國的吳憲教授回國，因為劉思職深深了解他的導師吳憲愛國的赤子之心，但這建議遭到否定。理由是吳憲已入美國國籍，已“背叛了祖國”。事實上，吳憲直至1959年去世時仍然保留中國國籍。劉思職早年留學歐美，但把他許多主要的科研著作都發表在國內的生理雜誌上，支持了1930年代國內刊物的成長。
1949年，他拒絕當局動員他撤退送來的飛機票，毅然留在北平。1956年，他經體檢後，確信自己的健康情況良好，就與某公相約，此身願死實驗室，決不悠閑當“寓公”。他的壹生確實實現了他的諾言，即使在1957年被打成右派，免去教研室主任職務降為二級教授那艱難坎坷的歲月裏，他也從沒有停止過學術研究。他壹進實驗室，壹翻開文獻書籍，就把不愉快的事置諸腦後，孜孜研究學問。中***十壹屆三中全會後，他精神振奮，不顧體弱多病，手足偏癱，仍扶杖上班，勇敢地挑起了重建科研的重任。
1954年他主編了《生物化學大綱》，這是中國第壹部自編的中文生物化學教科書，全書70萬字，內容豐富，取材新穎，條理分明，邏輯性強。該書壹改過去科技教科書完全照搬外國教材的慣例，具有中國自己的特色。尤其是在緒論中介紹了中國古代在釀酒發酵、營養及臟器治療等方面的成就；頌揚了中國著名生物化學家吳憲在臨床化學、蛋白質化學，特別是蛋白質變性學說及免疫化學方面的卓越貢獻。在營養學等章節中，結合中國的國情，修正了中國成人蛋白質等營養成分的需要量；按照中國的膳食習慣，列出中國人民日常食用的幾種混合蛋白質的生理價值。
1955年，當蛋白質的生物合成還處在壹個神秘階段的時候，他在其主編的《蛋白質的生物化學》壹書的“編者的話”中就指出：“生物化學家當以蛋白質的人工合成作為今後努力的方向。
1956年受聘為中國科學院生物學部委員、中國醫學科學院兼任研究員。
1964年修訂重版時書名改為《生物化學》。經衛生部推薦，作為高等醫藥院校試用教科書，壹直沿用到1978年，為培養中國生化科技人才做出了重要貢獻。20世紀50年代初，他還曾編寫了《生物化學講義》。該書簡明扼要，深入淺出，文筆流暢，深受醫藥衛生界歡迎，為新中國成立初期普及生物化學基礎知識起了重要作用。
1978年他恢復領導職務，與張昌穎同任北京醫學院生物化學教研室主任
1983年8月18日終因久病醫治無效逝世於北京。