جیمز واتسون و همکار بریتانیایی وی، فرانسیس کریک ساختار مارپیچ دوگانه DNA را کشف کردند. برای این کشف اساسی؛ جیمز واتسون، فرانسیس کریک و موریس ویلکینز جایزه نوبل فیزیولوژی پزشکی را در سال ۱۹۶۲ به دست آوردند.
جیمز واتسون در سال ۱۹۲۸ در شیکاگو به دنیا آمد. او خیلی زود توانمندی علمی خود و علاقه‌اش به تماشای پرندگان را نشان دادوی در سن ۱۲ سالگی در تست رادیویی هوش کودکان در رادیو آمریکا سطح بالایی از IQ را نشان داد و در سن ۱۵ سالگی بورسیه تحصیلی دانشگاه شیکاگو را که مختص نوجوانان مستعد بود بدست آورد و در سن ۲۲ سالگی مدرک لیسانس خود را در رشته علوم و دکترای جانورشناسی دریافت کرد.
برای اولین بار در دانشگاه کپنهاگ بود که او شروع به بررسی ساختار DNA و کشف اسرار ژنتیک ما کرد، سپس در سفری به ایستگاه جانور شناسی در ناپل در سال ۱۹۵۱، موریس ویلکینز را ملاقات کرد و با روشی آشنا شد که با کمک اشعه X می‌توانست ساختار ملکول را تجسم کند.
واتسون همیشه به کار در دانشگاه کمبریج علاقه‌مند بود به طوری که بعد از آن سال تحقیقات خود را به آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج منتقل کرد و در آنجا با یک بیوفیزیست بریتانیایی به نام فرانسیس کریک و سپس با یک دانشجوی PhD آشنا شد و اهداف خود را برای شناخت ساختار DNA با آن‌ها به اشتراک گذاشت وآن‌ها نیز برای این پژوهش به او پیوستند.
اولین تلاش آن‌ها برای شناسایی ساختا ر DNA موفقیت آمیز نبود. با این حال آن‌ها در سال ۱۹۵۳ آن‌ها فرضیه خود را که مبنی بر ساختار دو رشته‌ای DNA بود دنبال کردند. مدل آن‌ها همچنین این نکته را مشخص کرد که DNA چگونه همانند سازی می‌کند. این نتایج در Nature منتشر شد و به تعدادی از سوالات اساسی ژنتیک پاسخ داد و تا به امروزه این کشف جزء یکی از پیشرفت‌های بزرگ علمی در تاریخ است.
کتاب جیمیز به نام مارپیچ دوگانه که شامل خاطرات او درسال‌های منتهی به این کشف است، که یک اثر جالب توجه است که به مردم در درک دانشمندان کمک می‌کند، هرچند علاوه بر این کتاب خود کشف نیز خالی از جنجال نبود.
همزمان با مطالعه جیمز و فرانسیس برای کشف ساختار DNA، روزالین فرانکلین نیز با کریستالوگرافی DNA با اشعه ایکس به دنبال کشف همین موضوع بود؛ فرانکلین و دانشجوی دکترای او ریموند گوسلینگ با کمک اشعه ایکس تصویری از DNA به دست آوردند که دو رشته‌ای بودن آن را نشان می‌داد، یافته‌های فرانکلین منتشر نشدند اما بدون اطلاع او توسط موریس ویلکینز در اختیار واتسون و کریک قرار گرفتند. این شواهد به واتسون وکریک در این کشف مهم کمک بزرگی کردند اما آن‌ها بعد از انتشار این کشف به سهم وی در این کشف تنها اشاره اندکی کردند؛ متاسفانه فرانکلین قبل از هر گونه به رسمیت شناختن سهم عمده‌اش در این کشف درگذشت.
در سال ۱۹۵۵ جیمز واتسون به عنوان استاد زیست شناسی و پژوهش به هاروارد نقل مکان کرد. در سال ۱۹۶۸ وی مدیر عامل آزمایشگاه کلد اسپرینگ هاربور شد و در طی ۳۶ سال حضور در این سمت به توسعه این آزمایشگاه به از پژوهشگاه‌های برتر جهان در زمینه‌ی سرطان، بیولوژی اعصاب و ژنتیک ملکولی کمک شایانی کرد.
جیمز واتسون نه تنها یکی از بزرگ‌ترین اکتشافات ژنتیکی تاریخ را انجام داده‌است؛ بلکه در یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های زیست‌شناسی نیز حضور داشت؛ پروژه ژنوم انسان. او از سال ۱۹۸۸ تا سال ۱۹۹۲ در موسسه ملی بهداشت آمریکا NIH، در این پژوهش حضور داشت اما به علت اختلاف نظر با موسسه ملی بهداشت درباره‌ی موضوع انحصاری کردن مواد ژنتیکی، مجبور به استعفا شد، اما تا سال ۲۰۰۳ که این پژوهش پایان یافت او همچنان این پروژه را دنبال کرد.
او بعدها دومین نفری شد که توالی ژنوم خود را، با هدف تشخیص زودرس و پیشگیری از بیماری‌ها بدست آورد.
