James-Dewey Watson est né le 6 avril 1928 à Chicago. Il est le fils unique d'un homme d'affaire James D. Watson et de Jean Mitchell. Son grand-père maternel est né en Ecosse et marié à la fille d'un immigrant Irlandais. James-Dewey a passé sa jeunesse à Chicago.
A 15 ans, il entre à l'Université de Chicago, il reçoit une formation de biologiste-ornithologue et en ressort diplômé cinq plus tard, un doctorat de biochimie en poche.
En 1951, il se rend quelques temps à Copenhague pour s’initier aux méthodes de la biochimie chez Herman Kalckar. La même année, il assiste à un congrès à Naples et y rencontre Maurice Wilkins qui présente les premiers clichés de diffraction des rayons X par l’acide désoxyribonucléique (ADN). C’est l’époque où l’ombre du livre de Schrödinger Qu’est-ce que la vie ; (What Is Life) plane encore dans l’esprit de nombreux jeunes scientifiques. C’est aussi l’époque où les travaux d’Avery viennent suggérer que l’ADN est le support de l’information génétique, alors que l’on croyait que les gènes étaient de nature protéique.
Watson décide de rejoindre les "Cavendish laboratories" de l'Université de Cambridge (Angleterre), à l'automne 1951, là, Francis Crick, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin et Linus Pauling travaillaient sur la détermination de la structure de l'ADN. Francis Crick qui, à 35 ans, prépare toujours sa thèse. C'est avec lui que Watson se lance dans l'étude de la structure de l'acide désoxyribonucléique (ADN).
En 1953, F. Crick et J. Watson établissent la structure en double hélice de la molécule en utilisant la technique de diffraction des rayons X développée par leur laboratoire. 
De 1953 à 1956, Watson travaille au "Californian Institute of Technology" avant d'être nommé, en 1956, professeur à l'Université de Harvard.
Un beau matin de février 1953, Crick, entrant dans le Eagle Pub de Cambridge, en Angleterre, annonce : "nous avons découvert le secret de la vie".
Ce matin là, son confrère et lui ont en effet trouvé la structure de l’acide désoxyribonucléique, une molécule contenue dans le noyau des cellules du corps humain. L’ADN porte le code génétique de chaque individu, c’est à dire l’ensemble des caractéristiques liées à l ’hérédité.
Leur découverte sera aussi lourde de conséquences que celle de l’atome et de l’énergie nucléaire. Elle ouvre la voie à la manipulation des gènes pour guérir des maladies graves mais aussi pour programmer des êtres humains sans défauts.
Les deux chercheurs disposent alors des éléments suivants : la composition chimique de l'ADN (désoxyribose, bases azotées, et groupements phosphate) ; les clichés de diffraction aux rayons X d'ADN cristallisé, clichés dus principalement à Rosalind Franklin et Maurice Wilkins du King's College. Ces clichés montrent une figure en croix, caractéristique des structures en hélice ; les travaux de Erwin Chargaff, qui avaient montré que pour toute molécule d'ADN, le nombre de molécules d'adénine est égal au nombre de molécules de thymine, et que celui de cytosine est égal à celui de guanine; les analyses en microscopie électronique, qui avaient montré que le diamètre de la molécule d'ADN est de 20 Å, ce qui suggérait que cette molécule comportait deux chaînes de désoxyribose-phosphate.
C'est en élaborant successivement plusieurs modèles moléculaires que Watson et Crick réussissent à proposer une structure qui satisfasse à l'ensemble des données cristallographiques et biochimiques alors disponibles.
Structure de l'ADN
Cette structure est aujourd'hui connue de tous, elle est devenue l'emblème de la biologie moléculaire : deux brins constitués des groupements phosphates et des sucres forment une double hélice où les orientations de chacun des brins sont opposées. Sur les sucres de chacun des deux brins sont liées les bases azotées, chaque base d'un brin étant maintenue en vis-à-vis d'une base de l'autre brin par des liaisons hydrogène. Une cytosine fait toujours face à une guanine, et une adénine à une thymine. Les deux brins d'une molécule d'ADN sont dits complémentaires.
En 1962, un prix Nobel de Médecine et de Physiologie partagé avec Maurice Wilkins viendra consacrer leur œuvre, l'une des plus importantes de la biologie moderne.
Crick, Watson, et Wilkins reçurent en 1962 le prix Nobel pour ces travaux, qui a été qualifiée par Peter Medawar de "la plus grande réussite scientifique de notre siècle".
"Je n'aurais jamais rêvé en 1953 que ma vie de chercheur me ferait parcourir le chemin allant de la double hélice de l'ADN aux trois milliards de marches du génome humain", s'est félicité James D. Watson, co-découvreur, avec le Britannique Francis Crick, de la structure en double hélice de l'ADN. "Mais lorsque l'occasion s'est présentée de séquencer le génome humain, je savais que cela pouvait et devait être fait", a ajouté M. Watson dont les travaux furent publiés dans la revue "Nature", datée du 25 avril 1953.
• Robyn Beck (AFP - mardi 15 avril 2003, 9h02 )
En 1968, Watson prend la direction du "Cold Spring Harbor Laboratory", où il développe en particulier la recherche sur les bases moléculaires du cancer. Parallèlement, il dirige un autre laboratoire à Harvard, jusqu'en 1977.
Watson a décrit cette épopée scientifique dans un livre paru en 1968 : The Double Helix ; a Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA, le récit de la formidable découverte réalisée avec Crick.
En 1988, dans le cadre du "Projet Génome Humain" , il se voit confiée la direction du programme Génome Humain du "National Institutes of Health" (qui allait devenir l'année suivante le NCHGR : National Center for Human Genome Research of the National Institutes of Health), visant à établir la cartographie de l'ADN de l'homme et à identifier tous les gènes qui la composent. Il en démissionne en 1992, lorsque le NIH manifeste la volonté de prendre des brevets sur des séquences partielles d'ADN humain.
Il est lauréat de la médaille Copley en 1993.
Il est actuellement président du CSHL (Cold Spring Harbor Laboratory).