詹姆斯·沃森，出生于 1928 年 4 月 6 日。1947 年获得芝加哥大学理学学士学位，1950 年获得印第安纳大学伯明顿分校获得博士学位，1951 年，年仅 23 岁的詹姆斯·沃森博士毕业后前往英国剑桥大学卡文迪许实验室进修，沃森在这里遇到了正在准备博士论文的弗朗西斯·克里克（Francis Crick），两人一拍即合，从 1951 年 10 月开始转向 DNA 结构方向的研究。
受到罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）拍摄的 DNA 的 X 射线图片（即著名的“照片51号”）的启发，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克提出了 DNA 的双螺旋结构。该发现于 1953 年 4 月 25 日发表在了 Nature 期刊，同时，莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）和罗莎琳德·富兰克林也分别在 Nature 期刊发表了关于 DNA 双螺旋结构的论文。
DNA 双螺旋结构的发现，被誉为“生物学的一个标志，开创了新的时代”。这是在生物学历史上唯一可与达尔文进化论相比的最重大发现，它与自然选择一起，统一了生物学的大概念，是科学史上的一个重要里程碑，标志着分子生物学的诞生。
从 1956 年到 1976 年，詹姆斯·沃森在哈佛大学生物学系任教，推动分子生物学的研究。
自 1968 年起，詹姆斯·沃森担任冷泉港实验室（CSHL）主任，极大地提升了该实验室的资金水平和研究水平。在冷泉港实验室，他将研究重点转向癌症研究，并将其打造成为世界领先的分子生物学研究中心。1994 年，沃森开始担任该实验室的主席，任职十年。随后被任命为名誉校长。2007 年，沃森因公开宣称“智力与种族存在遗传关联”，暗示黑人由于基因原因智力更低，引发争议后辞职。2019 年，当他在纪录片中重申这类涉及种族与基因关联的争议观点后，冷泉港实验室正式撤销其所有荣誉头衔，并宣布与其断绝一切关系。