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1927年进入岭南大学研究生院学习，1935年起先后在国立山东大学（今中国海洋大学）和岭南大学任讲师和副教授[3]。这期间，他只身一人开始了对祖国海藻资源的调查研究。1940年获美国密西根大学研究生院奖学金，赴美攻读，于1942年5月获理学博士学位。紧接着又获该校拉克哈姆博士后奖学金，去美国加利福尼亚州立大学斯克利普斯海洋研究所进修物理海洋学和海洋化学，同时开展海藻资源及其利用的研究。1943年，他接受该研究所的委托，开展了被美国列为战略物资的琼胶原料的生产和加工方法的调查研究。此外，他对褐藻胶和卡拉胶资源和加工也进行了调查研究，积累了丰富的经验和资料。

1946年，曾呈奎毅然放弃美国优越的工作条件和优厚的生活待遇，决定回国任山东大学植物系主任、教授，兼海洋研究所副所长。他认真教学，积极为国家培养海洋科技人才，但由于政府腐败，缺人员、无经费，科研工作未能开展。中华人民共和国成立后，1950年曾呈奎和童弟周、张玺、朱树屏受国家之托，共同筹建中国科学院水生生物研究所青岛海洋生物研究室，1954年改建制为中国科学院海洋生物研究室，曾呈奎均任副主任、研究员。1957年该室扩建为中国科学院海洋生物研究所，1959年再度扩建为中国科学院海洋研究所，曾呈奎都是任第一副所长。1978年曾呈奎任该所所长，1984年起任名誉所长。1987年，任中国科学院实验海洋生物学开放研究实验室主任。