Excombatent en la guerra del Vietnam (1967), el 1972 es graduà en bioquímica a la Universitat de San Diego, Califòrnia, on tres anys més tard obtingué el doctorat en fisiologia i farmacologia. Posteriorment fou professor a la Universitat de Nova York. El 1984 ingressà al National Institute of Health, on adoptà i desenvolupà la tècnica basada en l’ARN missatger per a identificar i seqüenciar fragments del DNA, més ràpida i productiva que la utilitzada en les investigacions del Projecte Genoma Humà (HGP), en el qual inicialment col·laborà. Aquest mètode, però, donà lloc a controvèrsies amb alguns directors del projecte. El 1992 creà The Institute for Genomic Research (TIGR), que el 1995 seqüencià per primer cop el genoma sencer d’un organisme viu, el bacil Haemophilus influenzae. El 1998 creà Celera Genomics, una empresa privada amb el mateix objectiu que l’HPG de completar el ‘mapa’ del genoma humà. El 2001 ambdues empreses anunciaren simultàniament els primers resultats. D’altra banda, alguns dels plantejaments de Celera Genomics referents a la propietat privada de les bases de dades del genoma humà foren motiu de controvèrsia pública. El 2002 abandonà Celera Genomics i a partir del TIGR creà el J. Craig Venter Institute, dedicat a diverses branques de la investigació genètica, una de les quals –la creació d’organismes sintètics– ha esdevingut centre d’interès tant per al món científic com mediàtic, com es posà de manifest al maig de 2010, en què científics d’aquest centre (entre els quals el mateix Venter) publicaren un article a la revista Sciencie que descrivia la creació d’una cèl·lula parcialment sintètica en el laboratori a partir de la inserció d’un genoma creat artificialment en una cèl·lula receptora. Ha rebut nombrosos guardons, com ara els premis Paul Ehrlich (2001), Ludwig Darmstaedter (2001), Gairdner Foundation (2002) i Internacional Carlemany del govern d’Andorra (2008). És membre de nombroses institucions científiques (Acadèmia Nacional de Ciències dels EUA, Acadèmia Americana d’Arts i Ciències, Societat Americana de Microbiologia, etc.).