Graduat en arts (1956) i en medicina (1960) per la Universitat de Rochester (Nova York), després de treballar del 1961 al 1964 com a assistent de recerca al National Institutes of Health (NIH), completà la formació al Georgetown University Hospital, on fou director de recerca del departament d’hematologia (1966-69).
El 1964, amb Baruch Blumberg descobrí l’antigen Austràlia de l’hepatitis B. Des del 1969 és cap d’investigacions del departament de transfusions i, des del 1972, cap del departament de malalties infeccioses del Clinical Centre del NIH. Els seus treballs contribuïren de manera decisiva a la identificació del virus de l’hepatitis C quan, a mitjan anys setanta, aconseguí reproduir la malaltia en ximpanzés inoculant-los plasma de pacients sotmesos a transfusions afectats per la que aleshores es coneixia amb el nom d’hepatitis no A no B. Per aquesta aportació rebé els premis Karl Landsteiner Memorial (1992), Lasker (2000), Gairdner Foundation International (2013) i Nobel de medicina (2020), compartit amb Michael Houghton i Charles M. Rice.