Llicenciat en física per la Universitat de Califòrnia a Berkeley (1980), s’hi doctorà en física el 1987 sota la direcció de John Clarke. Feu una estada postdoctoral al Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) de Saclay (França), i s’incorporà al National Institute of Standards and Technology (NIST) de Boulder, on treballà en dispositius superconductors de mesura d’alta precisió. El 2004 passà a formar part del professorat de la Universitat de Califòrnia a Santa Barbara, on desenvolupà bona part de les seves recerques sobre circuits superconductors i computació quàntica. El 2014 s’incorporà a Google Quantum AI, on liderà el desenvolupament del processador quàntic Sycamore, amb el qual el 2019 s’anuncià la primera demostració de supremacia quàntica.
Durant la seva etapa doctoral, en col·laboració amb John Clarke i Michel H. Devoret, demostrà experimentalment l’efecte túnel quàntic macroscòpic i la quantificació de l’energia en unions de Josephson superconductores, contribucions que establiren les bases dels circuits quàntics superconductors. Posteriorment, orientà la seva recerca al desenvolupament de cúbits superconductors per a la computació quàntica, camp en el qual ha estat pioner.
El 2025 compartí el Premi Nobel de física amb John Clarke i Michel H. Devoret.