郭天南博士于1999–2006 年在华中科技大学同济医学院接受临床医学教育，并于 2001–2005 年同时在武汉大学生物学专业学习。随后，他于 2008–2012 年在新加坡获得癌症蛋白质组学博士学位，并自 2012 年起在瑞士苏黎世联邦理工学院开展博士后研究。2017年，郭博士在悉尼大学医学院儿童医学研究所ProCan研究中心担任科学主任，同年 8 月加入西湖大学，任助理教授，并于 2023 年 1 月晋升为长聘副教授。他同时担任西湖实验室西湖智能蛋白质组学研究中心主任。
郭博士和团队开发了PCT-DIA微量组织蛋白质组技术，推动了衰老和传染病、甲状腺癌等重大疾病的精准诊疗研究；首次实现了基于蛋白质谱的临床试剂盒研发；首创基于组织膨胀的空间亚细胞蛋白质组技术ProteomEx/FAXP，突破原位蛋白解析瓶颈。牵头制定人工智能蛋白质组发展蓝图，构建了AI友好的十亿级质谱语料库MassNet，并建立DIA-BERT、DDA-BERT、XuanjiNovo等系列蛋白质谱预训练模型。提出人工智能虚拟细胞构建新框架，建立首个基于扰动蛋白质组的虚拟细胞基础模型ProteinTalks；提出了人工智能联合组学的药物研发涟漪理论。发起人工智能蛋白质组国际联盟及虚拟酵母国际联盟。
郭博士目前担任中国蛋白质组学会理事长，国际蛋白质组学会理事；担任Mol Cell Proteomics副主编，Genom Proteom Bioinf、Cell Syst编委，Cell Rep Med咨询专家，Vita、Mol Syst Biol科学顾问委员。以（共同）通讯作者在Cell、Nature等期刊发表多篇论文及综述。