Es graduà el 1970 al Massachusetts Institute of Technology i aquest mateix any anà a treballar al Lawrence Berkeley National Laboratory en el projecte dedicat a elucidar l’origen de l’Univers i a confirmar la teoria del big-bang, que passà a dirigir el 1971. Amb la informació subministrada pel satèl·lit de la NASA Cosmic Background Explorer (COBE), posat en òrbita el 1989, analitzà les fluctuacions en les radiació de fons de les microones còsmiques (cosmic microwave background radiation; CMBR), les quals datà en 380.000 anys després del big-bang, moment en què la radiació i la matèria se separaren. Per aquestes descobertes li fou atorgat l’any 2006 el premi Nobel de física, que compartí amb el seu col·laborador John C. Mather.