Estudià a la Universitat de Harvard, on es doctorà el 1968. Dirigí la Ràdio Nacional de l’Observatori telescòpic de Green Park i participà en el descobriment del primer púlsar descobert fora de Cambridge. Instal·là un radiotelescopi a l’Observatori d’Arecibo (Puerto Rico), on l’any 1974 descobrí, juntament amb el seu alumne Russell A. Hulse, un púlsar binari format per dues estrelles, una de les quals no emetia senyals; això va permetre comprovar l’existència de les ones gravitatòries tal com Einstein havia predit en la seva teoria de la relativitat. Per aquest descobriment, l’any 1993 se li atorgà el premi Nobel de física que compartí amb Russell A. Hulse.