Estudià física i matemàtiques a la Universitat McGill de Montreal (1947). Posteriorment estudià medicina a la mateixa universitat, on es graduà el 1951, especialitzat en neurofisiologia. En 1953-58 fou mobilitzat per a la guerra de Corea i serví a l’Institut Neuropsiquiàtric de l’exèrcit, on inicià les seves recerques sobre l’activació de neurones al cervell en el processament de la informació visual. Des del 1959 desenvolupà tota la seva carrera científica i acadèmica a la facultat de medicina de Harvard, on, amb Torsten N. Wiesel, continuà estudiant els mecanismes de l’anàlisi de la informació en l’escorça visual del cervell, i les manipulacions precoces del sistema visual utilitzades com a mitjà per a desxifrar les regles del seu desenvolupament. Les seves investigacions li permeteren concloure que el cervell no produeix la imatge tal com la recullen els ulls, sinó que a partir de detalls lumínics captats el cervell la reconstrueix. El 1981 li fou atorgat el premi Nobel de medicina, juntament amb Wiesel i Roger Wolcott Sperry.