Graduat al King’s College de la Universitat de Londres (1950), l’any 1954 es doctorà amb una tesi sobre les vibracions moleculars, inici del seu interès per l’estudi de les propietats de simetria en els sistemes físics. En el període 1954-56 anà a la Universitat d’Edimburg, on, després de dos anys al University College de Londres, retornà el 1960 i desenvolupà tota la seva carrera científica i docent. El 1980 fou creada una càtedra de física teòrica al seu nom. Es retirà el 1996, any en què fou nomenat catedràtic emèrit. El 1974 fou nomenat membre de la Royal Society of Edinburgh, el 1983 de la Royal Society i el 1991 de l’Institute of Physics.
Rebé nombroses distincions, entre les quals cal esmentar la Medalla Paul Dirac (1997), el premi de física de partícules i d’altes energies de la Societat Europea de Física (1997), el premi Wolf (2004), aquests dos compartits amb Robert Brout i François Englert, la Medalla Oskar Klein de l’Acadèmia de Ciències d’Estocolm (2009) i el premi J.J. Sakurai de l’American Physical Society (2010), el premi Príncipe de Asturias de les ciències (2013, compartit amb François Englert) i el premi Nobel de Física (2013, també compartit amb Englert).
La seva aportació més important és la predicció de l’anomenat bosó de Higgs, partícula que dins del model estàndard seria l’element central del mecanisme de Higgs, postulat el 1964 per explicar l’existència de massa en l’univers. El juliol del 2012 un equip del Gran Col·lisionador d’Hadrons anuncià la descoberta d’una partícula subatòmica que presentava moltes propietats consistents del model teòric del bosó de Higgs.