美國分子生物學傢。生於芝加哥。1950年獲博士學位。1961年升為教授。在哈佛大學期間，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.克裏克合作，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(查爾加夫規律)和其他一些實驗資料，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的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.威爾金斯一起獲1962年諾貝爾生理學或醫學獎。
沃森是美國國傢科學院院士。著有《基因的分子生物學》(1976)、《雙螺旋》(1968)等書。此外，他還獲得許多科學獎和不少大學的榮譽學位。