Był jednym z twórców nowoczesnej biologii molekularnej. Zasłynął przede wszystkim odkryciem mechanizmów regulacji aktywności genów, które wyjaśniły, w jaki sposób komórki kontrolują produkcję białek.
W 1947 roku ukończył w Paryżu studia medyczne i obronił doktorat z medycyny. Następnie pracował w Instytucie Pasteura - od 1956 roku był kierownikiem laboratorium, a od 1960 roku dyrektorem zakładu genetyki.
W 1964 roku został profesorem Collège de France. Wraz z Jacques Monod, odkrył mechanizm działania operonów (zbioru genów, które podlegają wspólnej regulacji i transkrypcji).
W 1965 roku, wraz z André Lwoffem i Jacques Monod otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za odkrycie mRNA i wyjaśnienie mechanizmu regulacji ekspresji genów.