El 1965 es graduà a la Universitat de Stanford, i el 1972 s’hi doctorà en informàtica. Cap al 1970 ideà el protocol per a la xarxa ARPANET (Advanced Research Project Network). Els anys setanta, desenvolupà, amb Robert Kahn, els TCP/IP (protocols de control de transmissió/protocols internet), que amplià des del càrrec de vicepresident de MCI Communications Corporations (1982-2005).
Esdevingué el principal difusor d’internet entre el gran públic, impulsant la creació del correu electrònic i altres serveis. Del 1992 al 1995 fou president fundador de la Internet Society i el 1998 fou nomenat president de l’ICANN. El 2005 passà a ocupar la vicepresidència de Google.
Ha rebut nombrosos guardons, entre d’altres el premi ACM Sigcomm (1996), un dels més prestigiosos en l’àmbit de les telecomunicacions, la Medalla Graham Bell (1997), el Príncipe de Asturias de ciència i tecnologia (2002, amb Robert Kahn), el premi Turing (2004, amb Robert Kahn), la Medalla Presidencial de la Llibertat (2005, amb Robert Kahn) del govern dels EUA i el premi Reina Isabel d’enginyeria (2013), compartit amb altres creadors d’internet (Tim Berners-Lee, Robert Kahn, Louis Pouzin i Marc Andreessen). Rebé també el Premi Internacional Catalunya 2018.