1954年7月，姚檀栋出生于通渭县第三铺乡尚家屲村的一个普通农家。

1978年，在兰州大学地质地理系自然地理学专业本科毕业。

1982年1月，从兰州大学地理系硕士研究生毕业后在兰州大学地理系任教。

1983年3月，进入中国科学院兰州冰川冻土研究所攻读博士学位，师从施雅风院士。

1984年7月，赴美国参加俄亥俄州立大学主办的"极地与高山冰川学夏季研究"培训班。

1986年，获得中国科学院北京地理研究所自然地理学博士学位。

1987年，进入法国格勒诺贝尔大学冰川与环境一球物理所，进行博士后研究工作（-1988年5月）。

1988年6月，前往美国俄亥俄州立大学伯德极地研究中心学习与工作（-1989年1月）。

1990年4月，进入中国科学院兰州冰川所工作（寒区旱区环境与工程研究所）。

1992年，姚檀栋带领研究团队在“第三极”钻取了超过300米的透底冰芯，创造了南北极之外最深的冰芯世界纪录。

1993年，以访问学者身份前往法国原子能中心气候与环境研究实验室（-1994年）。

1995年，获得首届国家杰出青年科学基金资助。6月，担任中国科学院兰州冰川冻土研究所副所长（-1999年6月）。同年以访问学者身份前往美国俄亥俄州立大学（-1997年）。

1997年，姚檀栋带领研究团队在海拔7000多米处钻取了透底冰芯，创造了海拔最高的冰芯世界纪录。

1999年6月，担任中国科学院寒区旱区环境与工程研究所副所长（-2001年11月）

2001年11月，担任寒区旱区环境与工程研究所所长（-2003年6月）。

2002年，获得自然科学基金委员会“优秀创新群体基金”资助。

2003年，担任中国科学院青藏高原研究所研究员。

2005年，担任国家973计划首席科学家 。

2007年，当选为中国科学院院士。

2014年，中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心成立，姚檀栋担任中心主任。

2017年10月10日，当选中国科学院留学人员联谊会（中国科学院欧美同学会）第一届理事会会长。

2021年1月22日，当选欧美同学会（中国留学人员联谊会）第八届理事会副会长。

2022年，担任第二次青藏高原综合科学考察研究队队长。