1930年8月，曹楚南出生于江苏省常熟县沙洲区合兴乡中兴镇（现属张家港市）。
1948年夏从当时属于江阴县的杨舍镇上的梁丰中学毕业 ，考入上海的同济大学。1952年毕业于同济大学化学系，作为第一次全国高校毕业生统一分配工作的本科毕业生，被分配至中国科学院上海分院的物理化学研究所的应用电化学研究组，开始了他的研究工作生涯。
1953年，中国科学院物理化学研究所搬迁到吉林省长春市。曹楚南先生也离开家乡，来到了东北。从1954年开始，他成为余百年先生领导的应用电化学研究组的一员，根据时任物理化学研究室主任柳大纲先生的提议，开始金属的腐蚀与防护研究。由于当时中国缺乏金属腐蚀领域的相关著作，曹楚南与研究组的几位同事在余百年先生的领导下翻译了多本前苏联的有关金属腐蚀理论的著作，在翻译过程中曹楚南掌握了金属腐蚀与防护的基本理论知识。
1957年，曹楚南提出了一种新的钢铁表面预处理的方法解决了我国钢铁磷处理工艺方面的问题。因这项工作，曹楚南曾应邀在1957 年第二届全国腐蚀与防护学术交流会上做报告。此后，他又研究了与金属腐蚀相关的土壤特性，这是我国第一桩自然环境腐蚀研究工作。
在1955年到1966年期间，曹楚南领导和参与了多次国防建设的研究任务， 1966年曹楚南参加四川威远含硫气田井下设备的防护研究，同年4月至8月，他亲赴位于山区的威远气田，吃住在工棚中，每天花两个小时走山路来往于试验井进行现场试验 . 通过现场亲躬亲历，证实了他在试验室获得的研究结果，从而制定了合理的投放缓蚀剂的规范 。由于这方面的工作，“文化大革命 ”后，曹楚南与其研究团队集体获得了全国科学大会重要科技成果奖。
1969年末至1973年4月，曹楚南全家被安排在吉林省靖宇县的一个小山村中插队落户，在每天劳动之余，他没有条件看书和写作，只能思考问题，回顾自己历年的研究工作，他深感需要进一步提高有关金属腐蚀的基础理论水平。
1973年5月曹楚南重新回到研究岗位，研究了低合金钢在海水中的局部腐蚀问题，解决了我国舰艇用合金钢的腐蚀问题。
1979年6月，当时的国家科委机械组的金属腐蚀分组在北戴河举行全国性的学术讨论会，曹楚南受邀作大会报告，提议在我国开拓腐蚀电化学学术领域的基础研究。
1982年，曹楚南在国际著名刊物 Corrosion Science 上发表了他的关于极化电阻理论误差的论文，因此他也成为我国第一个在这份刊物上发表论文的学者。1991年他还被国外学者推荐担任这份刊物的编委至今。
1983年曹楚南先后被长春市人民政府授予特等劳动模范、吉林省人民政府授予劳动模范称号，并在1985年被全国总工会授予全国第一届“五一劳动奖章 ” 。
1985年8月兼任中国科学院金属腐蚀与防护研究所学术委员会副主任，1986年3—6月任日本东京工业大学客座教授。
1987年，在中国科学院金属腐蚀与防护研究所，曹楚南参与和领导了中国科学院腐蚀科学开放研究实验室的创建并出任该室主任，随后又领衔在该室基础上组建现在的金属腐蚀与防护国家重点实验室 。
1989年第一届国际电化学阻抗谱学术会议在法国召开，他应邀出席并作主旨演讲，他是这次会议上唯一被邀请作主旨演讲的亚洲学者。
1991年，曹楚南当选为中国科学院学部委员（中科院院士），1994年调入浙江大学，任化学系教授。
1992年国家科学基金委员会要组织第二个关于自然环境腐蚀的重大基金研究项目，基金委决定由侯祥麟院士和曹楚南两人共同担任第二个关于自然环境腐蚀的重大基金研究项目的主持人 。
1998 年因侯祥麟院士忙于其他工作，国家科学基金委员会决定由曹楚南单独担任第三个关于自然环境腐蚀的重大基金研究项目的主持人。
1998年当选为中科院技术科学部常委。
1999年5月被聘任中国科学院东北高性能材料研究发展基地所级学术顾问。
1999年8月兼任浙江大学环境与资源学院院长。
