Es graduà en matemàtiques a la Universitat de Harvard (1950) i obtingué el doctorat a la de Princeton (1954). Els anys cinquanta dissenyà ginys simuladors del comportament humà, en els quals intentà reproduir l’aprenentatge. El 1958 s’incorporà al laboratori de John McCarthy, del Massachusetts Institute of Technology, on desenvolupà tota la carrera docent i de recerca. El 1959 hi fundà l’AI Project, amb McCarthy, que encapçalà després de la marxa d’aquest (1962). Les seves realitzacions experimentals i teories donaren un fort impuls al desenvolupament de la intel·ligència artificial, que concebé de manera innovadora a partir de la idea d’intel·ligència com la interacció de recursos per part de diversos agents, i de la identificació entre l’estructura bàsica de les operacions de la ment humana i la dels ordinadors (aleshores en un estadi molt simple). Aquestes idees tingueren també una gran repercussió en el desenvolupament de la neurociència. El 1969 obtingué el premi Turing i el 1990 el premi de la Fundació per a la Ciència i la Tecnologia del Japó. Entre les seves nombroses publicacions, destaquen The Society of Mind (1980) i The Emotion Machine (2006) per la seva projecció.