Doctorat en psicobiologia pel California Institute of Technology (1964). Professor de psicologia a la Universitat de Califòrnia, Santa Barbara, on dirigeix el SAGE Center for the Study of the Mind. Membre del President's Council on Bioethics i director de Law and Neuroscience Project. Al principi de la seva carrera com a investigador estudià malalties com l’epilèpsia, l’Alzheimer i el Parkinson, que el portaren a concentrar-se en la recerca sobre l’asimetria cerebral, la divisió de funcions en el cervell i les seves interconnexions. Gazzaniga és reconegut per la seva gran labor pedagògica i divulgativa tant en l’àmbit universitari com en publicacions dirigides al gran públic, com ara The Social Brain (1985), Mind Matters: How Mind and Brain Interact to Create Our Conscious Lives (1988), o The Mind’s Past (1998). També apareix sovint en programes de televisió.