Estudià al Swarthmore College de Pensilvània i es doctorà en física a la Universitat de Cornell (Ithaca, Nova York). Treballà en els laboratoris Bell estudiant les propietats òptiques dels semiconductors i després en un model quantitatiu per descriure el comportament cooperatiu de la hemoglobina. Posteriorment fou professor de física a les universitats de Berkeley (1961-64) i Princeton (1964-80), professor de química i biologia a l’Institut Tecnològic de Califòrnia (1980-97) i el 1997 tornà a Princeton com a professor emèrit de biologia molecular.
És reconegut per inventar la xarxa de Hopfield, una forma de xarxa neuronal artificial recurrent. El 2024 fou guardonat amb el premi Nobel de física, compartit amb Geoffrey Hinton.