Llicenciat en química per la Universitat de Glasgow (1990), es doctorà a la University of California, Irvine (1996). Després d’una estada postdoctoral a la Harvard University, inicià la seva carrera acadèmica a la University of California, Berkeley (1998). Posteriorment fou professor del California Institute of Technology (2000-06) i, des del 2006, de la Princeton University, on també dirigí el Departament de Química (2010-15).
A la darreria de la dècada de 1990 inicià una línia de recerca sobre l’ús de petites molècules orgàniques com a catalitzadors de reaccions químiques. El 2000 demostrà que aquests compostos podien actuar com a catalitzadors selectius en la síntesi de molècules quirals i encunyà el terme organocatàlisi per designar aquesta nova metodologia. Les seves aportacions contribuïren decisivament al desenvolupament de l’organocatàlisi asimètrica, un procediment que permet obtenir preferentment una de les dues formes especulars possibles d’una mateixa molècula.
El 2021, compartí el premi Nobel de química amb Benjamin List, pel desenvolupament de l’organocatàlisi asimètrica. Els treballs d’ambdós investigadors establiren una nova estratègia per a la síntesi orgànica, amb aplicacions destacades en la indústria farmacèutica i en l’obtenció de compostos químics mitjançant procediments més eficients i ambientalment sostenibles.