1962年至1968年在济源一中读初、高中，

1968年至1972年在原籍西关务农，

1972年至1976年在中南大学材料科学与工程系读大学，

1976年至1981年在中南大学担任助教、讲师。

1981年至1985年在北京科技大学(原北京钢铁学院)攻读硕士学位。同年考入该校研究生院继续攻读博士学位。

1987年被国家教委选拔为首批中美联合培养的博士研究生送到美国麻省理工学院深造，从师于世界著名的物理冶金和材料科学家、美国两院院士GRANT教授，从事新型材料的研究。

1992年在麻省理工学院毕业获博士学位，毕业后留麻省理工学院从事博士后研究，而后被提升为研究员至今，并兼任美国国家半导体公司首席研究员。

段小曼教授从本世纪初开始率先进行再生能源的研究并取得了突破性的进展。她所指导的博士研究生成功地将光子晶体用于太阳能电池，将晶体硅太阳能电池的光电转化效率提高了50%。

除能公开发表的国际专利之外，段小曼教授还在国际一流杂志上发表学术论文百余篇，合作著书两本。

段小曼不仅在金属快速凝固研究领域做出了重大贡献，而且在光电半导体研究领域成果显著。她所从事的硅基发光、导光及探光整个系统新材料的研究，一直处于世界领先地位，为现代的集成电路向未来的光电集成过渡开拓了新的材料基础。段小曼开始率先进行再生能源的研究，并取得了突破性的进展。她所指导的博士研究生成功地将光子晶体用于太阳能电池，将晶体硅太阳能电池的光电转化效率提高了50%，这一研究成果引起了世界关注。这是奥巴马总统参观MIT能源研究实验室的原因之一。