1958年7月1日，萬衛星出生於湖北天門。
1982年，萬衛星畢業後就讀和工作於中科院武漢物理所，師從我國著名空間物理學家李鈞院士。
1989年，獲博士學位，並留所工作，歷任該所助理研究員、副研究員、研究員、研究室主任。他在武漢學習工作期間已經顯示出卓越的才能，承擔並完成了近20項國家重大重點基礎課題和國防工程項目研究，發表了100多篇學術論文。
2004年起，由於中科院進行學科整合，萬衛星帶領電離層物理研究室的主要骨幹由武漢遷往北京，在中科院地質與地球物理研究所成立地磁與空間物理研究室，並擔任研究室主任至今。