Es doctorà a l’Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT) sota la supervisió del premi Nobel David Baltimore i continuà com a becari de postgrau del també premi Nobel H. Robert Horvitz. El 1984 s’incorporà a la Universitat de Harvard, i el 1992 es traslladà al Dartmouth College on ocupà la càtedra Silverman de Ciències Naturals en el programa de medicina molecular.
Amb Gary Ruvkun i David Baulcombe guanyà el premi Albert Lasker d’Investigació Mèdica Bàsica (2012) pels seus descobriments sobre el micro-RNA, unes diminutes molècules d’ARN que tenen un paper essencial en la regulació dels gens. Per aquesta aportació també rebé el premi Nobel de medicina (2024), compartit amb Gary Ruykun.