Hà Duyên Châu sinh làng Thạc (Canh Hoạch), xã Xuân Lai, huyện Thọ Xuân, tỉnh Thanh Hóa. Năm 1966, ông tốt nghiệp Trường Trung học Phổ thông cấp III Thọ Xuân, huyện Thọ Xuân, Thanh Hóa. Theo ông kể, cha ông khuyên nên theo học ngành Vật lý địa cầu, vì vào thời đó năm Vật lý địa cầu lần thứ nhất (1957-1958) được tổ chức đã gây một tiếng vang lớn trên thế giới, mở ra một kỷ nguyên mới cho sự hợp tác quốc tế về khoa học trong nghiên cứu Trái Đất, bao gồm 67 quốc gia trong đó có Việt Nam. Năm 1972, ông tốt nghiệp Đại học Tổng hợp Bucharest, România chuyên ngành Vật lý. Ông thực tập và làm luận án tiến sĩ tại Viện Vật lý địa cầu Paris, và bảo vệ luận án tiến sĩ năm 1990 (lúc đó là phó tiến sĩ) dưới sự hướng dẫn của thầy người Pháp là Viện sĩ Jean-Louis Le Mouël. Năm 1997, ông trúng tuyển nghiên cứu viên chính khóa đầu tiên của Việt Nam.

Ông được phong học hàm phó giáo sư[4] năm 2002. Năm 2005, ông được bổ nhiệm chức danh nghiên cứu viên cao cấp. Từ năm 2001-2008 ông là Phó viện trưởng, và 2008-2009 là Viện trưởng Viện Vật lý địa cầu. Ông đã từng là Uỷ viên Ban Chấp hành Hội Vật lý Việt Nam (nhiệm kỳ 2002-2007 và 2008-2013), Uỷ viên Hội đồng Khoa học Viện Vật lý địa cầu các khoá từ 1991 - 2014, Phó Chủ tịch Hội đồng Khoa học Viện Vật lý địa cầu các khoá 2008 - 2010, 2010 - 2012.

Ông đã nhận được Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học và công nghệ[5] do Chủ tịch nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam trao tặng năm 2006, là đồng tác giả của công trình khoa học "Atlas Quốc gia Việt Nam", do Cục đo đạc bản đồ Nhà nước xuất bản năm 1996, trong đó tập bản đồ các yếu tố địa từ mặt đất lãnh thổ Việt Nam niên đại 1975.5 là nội dung cơ bản của tập bản đồ quốc gia về địa từ.[5]

Ông đã đào tạo ra nhiều tiến sĩ, thạc sĩ, cử nhân về Vật lý địa cầu. Những cán bộ do ông đào tạo đã hoặc đang giữ nhiều trọng trách trong nghiên cứu Vật lý địa cầu của Việt Nam. Trong số đó có tiến sĩ Võ Thanh Sơn hiện là Trưởng phòng Địa từ[6], Viện Vật lý địa cầu, tiến sĩ Lưu Thị Phương Lan, Phó trưởng phòng Địa từ[6], tiến sĩ Lương Văn Trương (đã mất), nguyên là Giám đốc Đài Vật lý địa cầu Đà Lạt[6].