Estudià a les universitats de Panjab i Liverpool, on es doctorà el 1948; prosseguí la seva formació a l’Institut Federal de Tecnologia de Zuric amb Alexander Todd. L’any 1966 es naturalitzà nord-americà. Exercí la docència a les universitats de Vancouver (1952-59) i Wisconsin (1960-70) i del 1971 fins a la jubilació (2007) al Massachusetts Institute of Technology.
Les seves investigacions se centraren en la interpretació del codi genètic i la síntesi proteica, per la qual cosa el 1968 obtingué el premi Nobel de medicina juntament amb Robert W. Holley i Marshall W. Nirenberg. Fou guardonat també amb el premi Lasker (1968) i la Medalla Nacional de les Ciències dels EUA (1987).