美國分子生物學傢。1928年4月6日生於芝加哥。1947年畢業於芝加哥大學，得學士學位，後進印第安那大學研究生院深造，1950年得博士學位後去丹麥哥本哈根大學從事噬菌體的研究，1951～1953年在英國劍橋大學卡文迪什實驗室進進修，1953年回國，1953～1955年在加州理工大學工作，1955年去哈佛大學執教，先後任助教授和副教授，1961年升為教授。在哈佛期間，主要從事蛋白質生物合成的研究。1968年起任紐約長島冷泉港實驗室主任，主要從事腫瘤方面的研究。1951～1953年在英國期間，他和英國分子生物學傢F.H.C.克裡克合作，根據X射線對DNA晶體的衍射研究結果、DNA分子中堿基組成的規律性（查加夫規律）和其他一些實驗數據，提出瞭DNA的雙螺旋結構學說。他們認為DNA分子是由兩條多核苷酸鏈相互繞在一起構成的一個雙螺旋，兩條鏈的走向相反，都是右手螺旋，由脫氧核糖和磷酸構成的骨架在外側，堿基在內側，兩條鏈的堿基由氫鍵聯系，總是腺嘌呤核苷(A)和胸腺嘧啶核苷(T)配對，鳥嘌呤核苷(G)和胞嘧啶核苷(C)配對，在B型的DNA分子中堿基對平面垂直於螺旋軸，兩個相鄰堿基的距離為3.4埃，每10對堿基構成一個完整的螺旋，螺旋的寬度為20埃。這個學說不但闡明瞭DNA的基本結構，並且為一個DNA分子如何復制成兩個結構相同DNA分子以及DNA怎樣傳遞生物體的遺傳信息提供瞭合理的說明。沃森在生物學方面受過基本訓練，他對DNA是遺傳的物質基礎有深刻的信念，而克裡克則是學物理的，他熟悉晶體結構的測定方法，他們兩人的合作相得益彰，因此取得這項重大成就。它被認為是生物科學中具有革命性的發現，是20世紀最重要的科學成就之一。由於提出DNA的雙螺旋模型學說，沃森和克裡克及M.H.F.威爾金斯一起獲得瞭1962年諾貝爾生理學或醫學獎。
沃森是美國科學院院士。著有《基因的分子生物學》(1976)、《雙螺旋》(1968)等書。此外，他還獲得瞭許多科學獎和不少大學的榮譽學位。