赵东元于一九八四年顺利完成在吉林大学化学系无机化学专业的本科学习，获得理学学士学位。随后，他选择继续在母校深造，并于一九八七年取得吉林大学化学系理学硕士学位。在学术道路上进一步探索，赵东元院士于一九九零年同时获得大连化学物理研究所与吉林大学化学系联合授予的理学博士学位。取得博士学位后，他于同年加入沈阳化工学院精细化工系，开始了他的教职生涯，先后担任讲师（一九九零年至一九九一年）和副教授（一九九一年至一九九三年）。为了拓宽研究视野，赵东元于一九九二年赴加拿大里贾纳大学化学系进行访问学者研究，师从D.G.Lee教授。次年，他前往以色列魏茨曼科学研究所化学物理系，在Daniella Goldfarb教授的指导下从事博士后研究工作。一九九五年，他转赴美国，在休斯顿大学化学系跟随Larry Kevan教授继续进行博士后阶段的科研训练。一九九六年，他进入美国加州大学圣芭芭拉分校，在材料系和化学系联合的材料研究室从事博士后研究，导师是Galen D. Stucky教授。经过多年的海外研习与积累，赵东元于一九九八年十二月回国，并入职复旦大学化学系，担任教授及博士生导师。一九九九年，他因其突出的科研潜力荣获上海市“优秀青年科技学者”人才基金，并在同年获得国家教育部授予的“跨世纪”人才称号。二零零零年，他成功获得国家杰出青年科学基金的资助，这对其科研工作起到了重要的支持作用。二零零五年，作为核心学术带头人，他带领团队获得了国家自然科学基金委员会创新研究群体基金。二零零六年，他入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选，体现了其在国家高层次人才体系中的地位。二零零七年，赵东元因其在化学领域的卓越贡献当选为中国科学院院士。二零一零年十月十九日，他的学术成就获得国际更广泛认可，当选为第三世界科学院院士。在行政管理方面，他自二零一八年九月至二零二四年八月期间担任复旦大学党委常委。二零二三年十一月七日，赵东元受聘担任复旦大学新成立的相辉研究院院长。紧接着，在二零二五年四月，复旦大学组建智能材料与未来能源创新学院，赵东元被任命为该学院的首任院长，继续引领相关领域的创新与发展。
赵东元一直从事沸石分子筛、无机纳米材料的合成研究，致力于由分子自组装、模板导向化学、表面活性剂、超分子组装、溶胶—凝胶化学控制多孔性、纳米材料的结构、排列、形貌，进而建立分子构筑与有序排列、功能组装之间的桥梁，实现功能材料的合成设计和宏观控制。2000年之后研究方向为新型功能实用性有序多孔性材料的微观组装和宏观控制、介孔分子筛材料的合成组装，生长及物化性质研究；新型微孔分子筛的结构和合成设计；低维纳米材料的功能组装和合成设计；新型多孔材料和低维有序纳米材料的合成及表征，嵌段式高分子界面上新型无机纳米材料的定向生长和组装；纳米催化剂的制备、结构与绿色催化化学。赵东元提出了有机－有机自组装路线，创制了介孔有机高分子和介孔碳材料，获国家自然科学一等奖，成功将基础研究成果应用到石油化工重油加氢裂化工艺中，为经济发展作出重要贡献。截至2017年，赵东元作为学科带头人，主持承担了国家自然科学基金委员会国家杰出青年科学基金、重点基金项目，科技部863项目、973项目，上海市科委重大、重点基础研究项目等多项科研项目。并与国内外大型公司、科研单位合作进行科研产品开发、研究。截至2016年，赵东元在中国国内外重要学术刊物上发表论文260余篇，包括Science，Nature，Nature Materials，JACS，Angew.Chem.等，其研究结果曾被Nature，Nature Materials，Chem. Mater.作为封面报道，其论文被同行引用9500余次，第一作者或通讯联系人发表的论文被引用8000余次，单篇最高引用次数 1600余次。2002年他被Adv. Mater.杂志评为15年中48位引用最高的顶级作者（Top Author）之一，国际ISI Web of Science公司将他列为近十年100名引用率最高的化学家之一。美国材料协会、陶瓷学会、美国化学会、德国应用化学作为新闻进行报道，并受邀在国际刊物Chem. Rev.，Acc. Chem. Res.，Chem. Commun.，Curr. Opinion Solid State Chem.，Chem. Mater.，J. Mater. Chem.等发表综述文章10余篇。赵东元主编书籍1部，参加撰写专著4部章节。获得美国专利6 项，中国发明专利 26项。1. Radially Oriented Mesoporous TiO2 Microspheres with Single-Crystal–Like Anatase Walls for High-Efficiency Optoelectronic Devices, Yong Liu, Renchao Che, Gang Chen, Jianwei Fan, Zhenkun Sun, Zhangxiong Wu, Minghong Wang, Bin Li, Jing Wei, Yong Wei, Geng Wang, Guozhen Guan, Ahmed A. Elzatahry, Abdulaziz A. Bagabas, Abdullah M. Al-Enizi, Yonghui Deng, Huisheng Peng, Dongyuan Zhao*, Sci. Adv., 2015, 1, e15001662. “Incorporation of well-dispersed sub-5 nm graphitic pencil nanodots into ordered mesoporous frameworks”. B. Kong, J. Tang, Y. Zhang, T. Jiang, X. Gong, C. Peng, J. Wei, J. Yang, Y. Wang, X.Wang, G. Zheng, C. Selomulya, D. Y. Zhao, Nature Chemistry, 2016, 8, 171.3. “Two-Dimensional Mesoporous Carbon Nanosheets and Their Derived GrapheneNanosheets: Synthesis and Efficient Lithium Ion Storage”, Yin Fang, YingyingLv, RenchaoChe, Haoyu Wu, Xuehua Zhang, Dong Gu, GengfengZheng, Dongyuan Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 1524-1530.4. “A Solvent Evaporation Induced Aggregating Assembly Approach to Three-Dimensional Ordered Mesoporous Silica with Ultralarge Accessible Mesopores”, Jing Wei, Hai Wang, Yonghui Deng, Zhenkun Sun, Lin Shi, Bo Tu, Mohammad Luqman, and Dongyuan Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 20369-20377.5. “A Low-Concentration Hydrothermal Synthesis of Biocompatible Ordered Mesoporous Carbon Nanospheres with Tunable and Uniform Size”, Yin Fang, Dong Gu, Ying Zou, Zhangxiong Wu, Fuyou Li, RenchaoChe, Yonghui Deng, Bo Tu, Dongyuan Zhao, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 7987-7991.6. “Synthesis of core/shell colloidal magnetic zeolite microspheres for the immobilization of trypsin”, Yonghui Deng, Chunhui Deng, Dawei Qi, Chong Liu, Jia Liu, Xiangmin Zhang, Dongyuan Zhao, Adv. Mater., 2009, 21, 1377-1382.7. “Superparamagnetic High-Magnetization Microspheres with an Fe3O4@SiO2 Core and Perpendicularly Aligned Mesoporous SiO2 Shell for Removal of Microcystins”, Yonghui Deng, Dawei Qi, Chunhui Deng, Xiangmin Zhang, and Dongyuan Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 28-29.8. “Uniform nanostructured arrays of sodium rare-earth fluorides for highly efficient multicolor upconversion luminescence”, Fan Zhang, Ying Wan, Ting Yu, Fuqiang Zhang, Yifeng Shi, Songhai Xie, Yigang Li, Lei Xu, Bo Tu and Dongyuan Zhao, Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 7976-7979.9. “Synthesis of Highly Ordered Mesoporous Crystalline WS2 and MoS2 via a High-Temperature Reductive Sulfuration Route”, Yifeng Shi, Ying Wan, Ruili Liu, Bo Tu, and Dongyuan Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 9522-9531.10. “On the Controllable Soft-Templating Approach to Mesoporous Silicates”, Ying Wan, Dongyuan Zhao, Chem. Rev., 2007, 107, 2821-2860.11. “A Facile Aqueous Route to Synthesize Highly Ordered Mesoporous Polymers and Carbon Frameworks with Ia3d Bicontinuous Cubic Structure”, Fuqiang Zhang, Yan Meng, Dong Gu, Yan Yan, Cengzhong Yu, Bo Tu, DongYuan Zhao, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 13508-13509.12. “Ordered Mesoporous Polymers and Homologous Carbon Frameworks: Amphiphilic Surfactant Templating and Direct Transformation”, Yan Meng, Dong Gu, Fuqiang Zhang, Yifeng Shi, Haifeng Yang, Zheng Li, Chengzhong Yu, Bo Tu, Dongyuan Zhao, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 7053-7059.
截至2017年，赵东元教授在人才培养方面取得了丰硕的成果，累计培养了超过20名硕士研究生、50余名博士研究生，并有5名博士后顺利完成研究工作并出站。在其精心指导下，所培养的博士研究生中有三位荣获全国优秀博士学位论文奖，另有两位获得全国优秀博士学位论文提名奖，体现了其卓越的指导水平。具体而言，在2005年，由其指导的博士生高峰所完成的学位论文《介孔SBA-15在生物分离和纳米材料制备上的应用及相关研究》获得了全国优秀博士学位论文提名；随后在2006年，博士生范杰的论文《介孔材料结构和孔道的模板合成及其在生物和电池中的应用》被评为全国优秀博士学位论文；2007年，博士生田博之的论文《新型介观结构材料的合成：从无定形到晶态》同样获评全国优秀博士学位论文；至2008年，博士生孟岩的论文《有序的有机高分子介孔材料的合成与结构》再次获得提名；2009年，博士生张福强的论文《介孔材料水热稳定性的改进及新型介孔碳材料的水相合成》也荣获全国优秀博士学位论文提名。此外，赵东元教授在本科教学领域也倾注了大量心血，连续二十余年坚持为自然科学大类的本科生讲授《普通化学》课程，该课程不仅获得了上海市教学成果一等奖的荣誉，还被列入复旦大学课程思政教育教学改革的示范课程名单，展现了其在教学与育人方面的长期贡献与突出成就。
赵东元院士在介孔材料合成领域开创了多种具有革新意义的技术路线，成功制备出一系列兼具高热稳定性与大孔径特征的有序介孔氧化物材料、介孔高分子材料及介孔碳材料。他在介孔分子筛的微观结构调控、材料宏观形貌设计以及多相组装机制等关键科学问题上，形成了系统而独到的理论认识，这些深入的研究与发现极大地推动了介孔材料学科的进步，为其在催化、吸附、能源存储与转化等众多领域的实际应用奠定了坚实的科学基础，贡献卓著。
在长达二十余年的教学生涯中，他始终坚持为自然科学大类的本科生讲授《普通化学》这门课程。该课程不仅荣获了上海市教学成果一等奖，还因其在育人方面的突出成效，被遴选为复旦大学课程思政教育教学改革的示范课程。在科学研究方面，他创新性地提出了有机－有机自组装的技术路线，并以此为基础成功创制了介孔有机高分子与介孔碳材料，这一系列原创性工作为他赢得了国家自然科学一等奖的荣誉。尤为重要的是，他将这些基础研究的成果成功地应用于石油化工领域的重油加氢裂化工艺之中，有效提升了工艺效率，为相关产业的技术进步与经济发展作出了切实而重要的贡献。此外，他高度重视科研梯队的培养与建设，积极投入资源资助年轻学者的成长与发展。在他的悉心指导下，其培养的研究生中有三人荣获了全国优秀博士论文的称号，这充分体现了其在人才培养方面的卓越成就。