1962년 ‘DNA 이중나선 구조의 발견’으로 프랜시스 크릭, 모리스 윌킨스와 공동으로 노벨 생리의학상을 받았다. 1968년에서 1993년까지 미국 콜드스프링하버 연구소장을 지냈고, 1994년부터 2004년까지는 회장을, 2007년까지는 의장을 지냈다. 1989년부터 1992년까지는 미국 국립보건연구소 산하 국립인간게놈연구센터를 운영했다. 왓슨은 미국 국립과학원과 영국 왕립학회의 회원이면서, 대통령자유훈장, 국가과학훈장을 받은 바 있다.
주요 저서로는 『Molecular Biology of the Gene』(초판 1965, 2판 1970, 3판 1976) 『The Double Helix』(1968), 『Passion for DNA』 (2000년, DNA를 향한 열정, 이한음 옮김, 사이언스북스), 『DNA: The Secret of Life』 (2003년, 『DNA : 생명의 비밀』, 이한길 옮김, 까치글방)가 있다.