一九三七年三月二十五日，周国治出生于江苏省南京市的一个书香门第，其祖籍为广东潮阳。他的父亲周修齐早年曾赴德国留学，学成归国后在上海交通大学担任教职。一九五六年，周国治凭借出色的学业成绩考入北京钢铁学院（即现今的北京科技大学）冶金系学习。一九六零年七月，他顺利从北京钢铁学院冶金系毕业，并因表现优异而提前留校，被分配至理化系从事教学工作。一九六四年，周国治在阅读《金属学报》时，注意到中国冶金研究所副所长邹元燨所撰写的一篇文章，文中提出可以利用化合物生成自由能来计算高温冶金过程中的活度。然而，该方法在计算化合物成分点附近区域时，由于被积函数趋于无穷大，导致无法获得精确的数值结果。周国治为此潜心钻研近半年时间，最终解决了这一难题，并将自己的研究成果写信告知邹元燨。在此基础上，他进一步整理并发表了个人首篇学术论文《θ函数法在Gibbs-Duhem关系式中的应用》。一九七九年，周国治通过相关考核后，前往美国麻省理工学院进行为期数年的研修（直至一九八二年）。一九八四年，因其在学术领域的突出贡献，他被破格晋升为教授并获聘为博士生导师。一九九零年起，他受聘于美国麻省理工学院、波士顿大学等多所知名学府担任客座教授（此项任职持续至一九九四年）。一九九五年，周国治当选为中国科学院院士，隶属于技术科学部。二零零一年七月，他开始在上海大学材料科学与工程学院兼职任教，担任教授及博士生导师。二零一七年三月十五日，周国治被日本铁钢协会授予名誉会员称号；同日，经北京科技大学魏寿昆科技教育基金会推选，他荣获“魏寿昆冶金奖（金奖）”。同年三月二十五日，“周国治院士80华诞暨冶金基础理论与学科发展研讨会”在北京科技大学会议中心报告厅隆重举行。二零二五年十月二十日，北京科技大学发布讣告：我国著名冶金材料物理化学家、教育家，中国科学院院士，北京科技大学教授周国治先生，因患病医治无效，于北京时间二零二五年十月二十日十三时在美国波士顿逝世，享年八十八岁。
主要科研工作集中于熔体热力学与冶金过程理论两大方向。在这一领域，研究者推导出了一系列适用于不同体系的熔体热力学性质与相图计算公式，并从中归纳出若干具有普遍意义的原理与方法。其中，所提出的新一代溶液几何模型，成功解决了国际学术界三十余年来几何模型存在的固有缺陷，为模型选择与计算过程的全面计算机化奠定了重要基础；此后该模型经过持续发展，已演进为统一化模型，并在此基础上建立起相应的唯象理论，从而将热力学性质的计算进一步拓展至多种物理化学性质的预测与评估。在氧离子迁移研究方面，系统探讨了氧离子在电解质中的迁移行为与规律，相关理论成果被应用于多种冶金工艺过程，进而提出了“无污染脱氧”“无污染提取”等创新概念与工艺路线，为各类冶炼过程的描述与模拟提供了理论支撑。此外，在材料微尺度物理化学行为研究中，重点探索了材料在微小颗粒状态下的物化性质与反应机制，建立了基于真实物理图像的气固反应动力学模型（即RPP模型），该模型全面揭示了温度、压力、颗粒形状与尺寸、产物结构等多种因素对反应速率的影响规律，并已成功应用于纳米材料、储氢材料及Sialon材料等体系的研究与开发中。上述科研成果被国内外学者广泛引用，常以“周模型”和“周方法”之称应用于合金、熔盐、炉渣、半导体材料等各类体系，用于处理复杂的热力学与动力学问题，同时被系统收录于多部高校教科书与专业著作中，成为指导研究生科研工作的重要参考文献。周国治的研究领域主要属于“冶金和材料物理化学”范畴，其贡献可总结为以下三方面：一是多元熔体与合金的物理化学性质计算，二是氧离子迁移的理论及其在冶金过程中的应用，三是微颗粒条件下材料的物理化学行为与反应动力学研究。截至2017年，周国治已发表学术论文150余篇，获得中国专利两项、美国专利三项，并先后荣获国家自然科学三等奖、国家教委科技进步一等奖、冶金部科技进步一等奖、上海市科学技术一等奖以及国家教委科技进步二等奖等多项重要科研奖励。
周国治教授长期致力于冶金学科的教学工作，主要讲授的课程包括《物理化学》、《化学热力学》、《电化学》、《冶金热力学》、《相图计算》、《冶金动力学》以及《统计热力学》等。在研究生培养方面，他取得了尤为突出的成就。截至2013年的统计数据显示，在他的悉心指导下，共有三名博士生的学位论文荣获了“全国百篇优秀博士论文奖”。这一数量在全国冶金学科获得该奖项的总数中占据了高达百分之五十的比例，充分体现了其指导工作的卓越成效。具体而言，这三篇获奖论文分别是：鲁雄刚于2000年完成的博士论文《钢渣脱碳反应的电化学机理研究》，李谦于2006年完成的博士论文《镁基合金氢化反应的物理化学》，以及侯新梅于2012年完成的博士论文《碳基和氮基无机非金属氧化动力学》。这些成果不仅是对学生个人研究能力的肯定，也显著反映了周国治教授在学术引领和人才培养方面的深厚造诣与重要贡献。
周国治在冶金材料物理化学的理论探索与冶金新工艺的研发实践中均作出了卓越而深远的贡献，其研究工作涵盖了冶金溶体理论、多元体系物理化学性质的计算与预报、气固反应动力学以及冶金电化学等多个关键领域，并在这些方面取得了令人瞩目的突出成就。他所发展的理论模型与计算方法，不仅深化了对复杂冶金体系内在规律的认识，而且显著提升了相关工艺过程的预测与控制能力。这些具有开创性的研究成果，其应用范围已远远超出传统冶金领域，被国内外学术界与工业界广泛采纳，成功应用于冶金过程优化、炉渣与熔盐体系分析、半导体材料制备技术以及非晶态材料的合成与性能研究等多个前沿方向，对推动材料科学与工程技术的进步产生了持续而重要的影响。