Doctorat per la Universitat de Princeton (1965), ha desenvolupat la seva trajectòria acadèmica i científica al California Institute of Technology, on es graduà (1962), i on del 1991 al 2009 ocupà la càtedra Feynman de física teòrica, que des d’aquest any exerceix com a emèrit. Els seus camps d’interès són l’astrofísica relativista i gravitatòria, amb especial referència als forats negres i les ones gravitacionals, i ha desenvolupat una controvertida teoria sobre els viatges en el temps (forat de cuc). Fou un dels impulsors del Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), i n’és un dels principals consellers de recerca. Ha rebut, entre altres guardons, la Medalla Albert Einstein (2009) i la Medalla Niels Bohr (2010), i els premis Gruber de cosmologia (2016), Kavli d’astrofísica (2016, amb Ronald Drever i Rainer Weiss), Georges Lemaître (2016), Harvey (2016, amb Drever i Weiss) i, el 2017, el Princesa de Asturias d’investigació científica i tècnica i el premi Nobel de física (ambdós compartits amb Rainer Weiss i Barry Barish).