京都帝国大学農学部を卒業し、1935年に京都帝国大学副手となる。1939年に今西錦司探検隊に参加。蒙古馬車探検、ポナペ島（ミクロネシア連邦ポナペ島）探検、大興安嶺（中華人民共和国・黒龍江省）探検などに参加する。1953年 に九州大学理学部助教授となり、1965年に京都大学理学部動物学科教授となる。

瀬戸臨海実験所の所長を1967（昭和42 ）年4月～1969（昭和44）年 3月に務める。

1986年に勲三等旭日中綬章を受章し、1994年 にDistinguished Statistical Ecologist Award 国際生態学会賞を受賞した。

日本の個体群生態学を牽引し、数理解析する手法によってデータを解析する独創的な方法を生み出した。「生態学講座」の編纂、また多くの著作が「森下正明生態学論集」にまとめられている。

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