Es llicencià en matemàtiques a la Universitat de Berkeley (Califòrnia), i posteriorment es doctorà en genètica al Massachusetts Institute of Technology (1983) amb una tesi sobre la genètica dels adenovirus. Posteriorment col·laborà a Cambridge amb Sidney Brenner, un dels pioners de la genètica molecular, en les recerques sobre el DNA del nematode C. elegans . De 1986 a 2003 treballà al departament d’embriologia de l’Institut Carnegie de Baltimore. Aquest any es traslladà a la Universitat de Stanford i compartí amb Craig C. Mello el premi nacional de l’Acadèmia de Ciències dels EUA en biologia Molecular. El 2006, ambdós reberen el premi Nobel de Medicina pels seus treballs sobre el mecanisme d’interferència del RNA en la inhibició de l’expressió de gens del DNA en la cèl·lula, que havien descobert el 1998.