Graduat (1952) i doctorat (1954) a la Universitat de Califòrnia, Los Angeles, feu un postdoctorat a l’Escola Superior Tècnica Confederal (ETH) de Zuric, on fou deixeble de Vladimir Prelog. En tornar als Estats Units (1956), treballà a l’empresa química Hercules fins el 1971, que s’incorporà a la Universitat de Delaware, on romangué fins a la jubilació (1989).
La seva aportació principal és la síntesi coneguda com reacció de Heck (també anomenada reacció de Mizoroki-Heck), en la qual un halur insaturat que reacciona amb un alquè en presència d’un catalitzador de pal·ladi resulta en un alquè substitutori. S’ha aplicat en camps molt diversos, des de la farmacologia, per a la fabricació de medicaments anticancerosos, fins a l’electrònica. Per aquest descobriment li fou atorgat el premi Nobel de química l’any 2010, que compartí amb Ei-Ichi Negishi i Akira Suzuki.