Graduat en física a la Universitat Dalhouse de Nova Scotia el 1965, es doctorà posteriorment al California Institute of Technology. Investigador entre el 1972 i el 1982 al Chalk River Laboratories, fou posteriorment professor a la Universitat de Princeton, del ciclotró de la qual fou director. Des del 1989 és director del Sudbury Neutrino Observatory de la Universitat de Queens (Ontario, Canadà), on, al capdavant del seu equip, detectà oscil·lacions dels neutrins solars (2001), aportació significativa en la demostració de l'existència de massa en aquestes partícules, que li valgué el premi Nobel de física (2015), compartit amb Takaaki Kajita. Ha obtingut també, entre altres guardons, el premi Bruno Pontecorvo (2004) i la Medalla Benjamin Franklin (2007), i és membre de l'American Physical Society (1983), de la Royal Society of Canada (1997) i d'altres societats acadèmiques.