王国栋于一九四二年十月二日出生在辽宁省大连市。一九六一年九月，王国栋考入东北工学院，就读于压力加工专业。一九六六年九月，王国栋自东北工学院顺利毕业，随后被分配至鞍钢小型厂参加工作，他在该厂一直工作到一九七八年十月。同年十月，王国栋通过考试，成为北京钢铁研究总院压力加工专业的硕士研究生，师从著名的轧钢专家张树堂教授。一九八一年十二月，王国栋完成学业，从北京钢铁研究总院毕业并获得硕士学位。此后，他进入东北工学院从事教学工作，先后被聘任为副教授（于一九八七年破格晋升）和教授（于一九八九年五月破格晋升）。一九八八年十月，王国栋正式加入九三学社。自一九八九年起，王国栋开始参与轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）的申报筹备与立项论证等前期工作。一九九一年五月，王国栋被任命为建设期间的轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）副主任，任职至一九九六年十月。一九九三年一月，王国栋以访问学者身份赴美国匹兹堡大学进行研修。一九九六年十月，王国栋担任轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）主任，直至二零零四年七月。随后，自二零零四年七月起，他转任该实验室学术委员会副主任。二零零五年，王国栋因其在金属压力加工领域的卓越贡献，当选为中国工程院院士，隶属于化工、冶金与材料工程学部。
王国栋院士在多个关键冶金技术领域取得了系统性的创新成就，其研究覆盖了热轧钢材的控轧控冷（TMCP）技术、中厚板核心轧制工艺、板形控制以及轧制过程的数字化与智能化转型、薄带连铸的基础研究与工业化应用技术、以及轧制过程研发平台的开发与建设等。在针对低碳铁素体/珠光体钢强韧化的深入研究中，他提出了晶粒适度细化与复合强化等核心学术思想，有效解决了提升材料抗拉强度、降低屈强比以及在现有轧制装备上实现工业化生产等一系列关键技术难题。通过承担国家重大技术装备研制等专项任务，他系统集成并自主开发了包括3500大型中厚板轧机控轧控冷技术、中厚板轧制钢材组织性能预测与控制技术、以及中厚板生产线全流程自动控制技术在内的多项核心技术，由此构建起一套完整且具有中国自主知识产权的中厚板核心轧制技术体系，成功开拓了大型中厚板轧机国产化的发展道路。他综合运用数字化建模与智能化分析等方法，持续深化板带钢板形控制、钢材组织性能预测等方面的研究，充分利用轧制过程中产生的海量工业数据，对轧制工艺进行持续优化与数学模型调优。此外，他以超快速冷却技术为核心，主导开发了新一代TMCP工艺，深入探究热轧钢铁材料在超快速冷却条件下的综合强化机理、关键工艺技术以及产品全生命周期评价技术，从而实现了钢铁材料综合性能的显著提升与生产过程的减量化目标。他所主导开发的现代轧制技术、装备与产品研发创新平台，已在多家钢铁企业的技术中心及研究院所得到广泛推广应用，显著增强了我国钢铁行业的自主创新能力。截至2017年11月，王国栋院士发表的学术论文累计被SCI、EI收录超过200篇次；撰写并出版专著6部，完成译著4部。截至同期，他先后主持承担了包括国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技攻关计划以及国家自然科学基金在内的多项国家级重大科研项目。截至2017年11月，他在科研贡献方面荣获国家科技进步奖一等奖1项、二等奖1项，并获省部级科技进步奖共计15项。
在研究生培养的整个过程中，王国栋始终强调研究生开展论文工作必须坚持高标准与高定位，要求他们立足于学科发展的最前沿进行深入的科学研究与探索，致力于做出具有原创性的学术贡献。他的实验室还将定期的学术交流活动视为激发研究生创新思维、培育其问题意识的关键途径之一。王国栋深信“实践出真知，实践出人才”这一理念，因此积极推动年轻学子深入生产实践的第一线，让他们在真实的工程环境与科研项目中锻炼能力、积累经验，从而迅速成长。许多学生因此得以在较短时间内，从以往单纯经历“家门到校门”的学习状态，转变为在专业领域内具备独立研究能力的青年专家。王国栋认为，对年轻人而言，唯有通过亲身参与并解决实际问题，才能逐步建立坚实的专业自信，实现自我价值的认同，这种成长所带来的收获是能够受益终身的。此外，王国栋也注重对学生进行跨学科的综合培养，通过多学科交叉的教学方式，从理论、方法、技术等多个层面促进学生全面发展。为了紧跟信息技术快速更新的步伐，实验室几乎每一位研究生都被要求掌握扎实的计算机应用能力与软件开发技能，以适应现代科研工作的需求。2015年7月15日，王国栋为东北大学分营常规营的营员们作了一场题为“感受科技之光”的专题讲座，他在讲座中表达了对年轻一代的殷切期望：作为推动国家实现伟大复兴的新生力量，每一位学生都应当追求真学问、踏实做学问，并将务实的态度与创新的精神紧密结合。截至2017年11月，王国栋已累计培养博士研究生36名，硕士研究生34名，这些学生在各自领域持续贡献着力量。
王国栋在学术组织与机构中担任了多项重要职务，他曾出任中国金属学会的常务理事，并兼任该学会学术工作委员会的副主任委员。同时，他在中国金属学会轧钢学会担任副理事长一职，并领导轧制理论及新技术开发学术委员会，担任主任委员。在中国材料研究学会方面，他不仅是第四届理事会的理事，还被授予荣誉理事的称号。在地方学会层面，他也是辽宁省金属学会的理事成员。此外，王国栋还曾担任2011钢铁共性技术协同创新中心的副主任，负责相关协同创新工作的推进。在学术出版领域，他担任了《轧钢》编委会的主任委员，并受邀成为《Steel Research International》、《钢铁研究学报》、《冶金自动化》、《塑性工程学报》、《宽厚板》等多家学术期刊的编委或顾问，为这些刊物的学术质量与发展提供指导。至2025年6月，王国栋又获任先进不锈钢全国重点实验室第一届战略咨询委员会的主任委员，为该实验室的战略方向与长远发展贡献其专业智慧。
王国栋教授以数十年如一日的坚守，将自己钢铁般的意志毫无保留地奉献于钢铁绿色轧制技术的科研前沿。他长期在轧制过程的关键共性技术领域进行不懈探索与攻坚，陆续取得了一系列具有重大理论价值与实践意义的创新突破。这些系统性成果为中国超级钢从基础研发、规模化生产到实际应用的整个链条跻身世界领先行列，奠定了坚实的技术基础，并作出了被广泛认可的突出贡献。在治学态度上，王国栋始终秉持严谨求实的作风，恪守正派学风，兼具勇于开拓的创新精神与深入生产实际的务实品格。他忠诚于党的教育事业，在教书育人岗位上尽心竭力，不仅传授专业知识，更注重培养学生的科学精神与实践能力。他带领科研团队始终面向国民经济主战场，将国家重大需求作为研究导向，形成了善于凝聚团队力量、持续深入生产现场、坚持躬行实践验证的鲜明特色与优良传统。这支团队已成为推动中国轧制技术持续革新与钢铁工业整体进步的一支重要有生力量。凭借其深厚的学术造诣与显著的行业贡献，王国栋在中国轧制技术领域内赢得了卓著的学术声誉和深远的影响力。