Llicenciat en física pel Christ’s College de la Universitat de Cambridge (1964), el 1965 s’incorporà al Darwin College, integrat a la Universitat de Cambridge, on continuà la seva formació investigadora. El 1968 es doctorà en física a la mateixa universitat. Posteriorment feu una estada postdoctoral a la Universitat de Califòrnia a Berkeley on, el 1969, s’incorporà com a professor i hi ha desenvolupat la seva carrera científica.
Les seves recerques s’han centrat principalment en la física de la superconductivitat i en el desenvolupament d’instruments d’alta sensibilitat basats en unions de Josephson, especialment els SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices), emprats per detectar camps magnètics extremadament febles.
A partir dels anys vuitanta, juntament amb Michel H. Devoret i John M. Martinis, dugué a terme experiments pioners amb circuits superconductors que demostraren l’existència de la tunelització quàntica macroscòpica. Aquests treballs demostraren que fenòmens quàntics propis del món atòmic també poden manifestar-se en dispositius macroscòpics i establiren les bases dels circuits quàntics superconductors, contribuint decisivament al desenvolupament posterior de la computació quàntica. Per aquesta descoberta obtingué conjuntament amb Devoret i Martinis el premi Nobel de física el 2025.
Ha rebut també altres reconeixements, entre els quals la Hughes Medal de la Royal Society (2004) i el Micius Quantum Prize (2021). El 2003, la Universitat de Cambridge li concedí el títol de doctor en ciències en reconeixement al conjunt de la seva trajectòria investigadora.