El 1973 es doctorà en química a la Universitat de Princeton. Fou membre de la National Academy of Sciences i des del 1990 professor de física i química a la Universitat de Rice. Smalley construí un aparell que permetia crear microagregats moleculars i amb ell fou possible el descobriment dels ful·lerens, pel qual li fou atorgat el premi Nobel de química l’any 1996 juntament amb Robert F.Curl i Harold W.Kroto.