Graduat a la Universitat de Toronto el 1949, aquest any s’associà amb Charles Hard Townes , amb qui dugué a terme gran part del seu treball de recerca sobre microones, espectroscòpia i superconductivitat a les universitats de Columbia (1949-61) i als laboratoris Bell (1951). El 1958 descobrí el raig làser, pel qual obtingué el premi Nobel de física el 1981 (compartit amb L.K.M.Sieghban i N.Bloembergen). El 1961 ingressà a la Universitat de Stanford i el 1966 esdevingué director del departament de física d’aquest centre. Entre les seves obres destaquen Infrared and Optical Masers (1958) i Lasers and Their Uses (1983).