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  詹姆斯·沃森生於芝加哥,受其父的影響很大。據他自己在一篇文章中說,得到父親三項真傳:一,相信知識可以使人脫離「迷信」(即宗教);二,熱愛觀鳥;三,擁護民主黨。十二歲時,參加一個名為「每事問孩子」(Quiz Kids)的電臺問答遊戲。15歲即以資優生的身份提早入讀芝加哥大學,主修動物學。因為讀到物理學家薛定諤的科普名著《何謂生命?》("What is Life?"),興趣由候鳥的遷徙轉到遺傳學。  獲得芝大的學位後,先後申請入讀加州理工、哈佛的研究院,均不果,改進印第安納大學,加入了薩爾瓦多·盧里亞(Salvador Luria)等人的「噬菌體集團」,正式涉足遺傳學的研究。受到這個集團的影響,沃森開始相信DNA就是基因的載體。1950年獲博士學位,到哥本哈根作博士後研究,其間在那不勒斯參加一個學術會議,從莫里斯·魏爾金斯(Maurice Wilkins)的演講中得知DNA具規則的結構,堅定了他解決DNA結構的決心。1951年,轉到劍橋的卡文迪許實驗室,認識克里克,一同利用X光繞射的資料,建構DNA模型。終於,二人在1953年提出DNA的雙螺旋結構,在同年4月25日將結果發表在《自然》雜誌。  1956年沃森到哈佛大學當助教,1961年獲升為教授。1962年,與克里克、魏爾金斯因為對DNA結構的研究而共同獲得諾貝爾生理醫學獎。1965年出版了劃時代的教科書《基因的分子生物學》("Molecular Biology of the Gene"),1968年出版《雙螺旋》,同年開始兼任位於紐約長島的冷泉港實驗室(Cold Spring Harbor Laboratory)的總管,並將研究方向轉移到癌症。1976年辭去哈佛的職位,專注於冷泉港的職務。1988年,獲國立衛生研究院委任為人類基因組計劃的助理主管,一年後成為人體基因組研究國家中心的首任主管,擔當此職直至1992年。1994年,成為冷泉港首任總裁。

  

  沃森和克里克在未經授權的情況下使用了羅莎琳·富蘭克林和雷蒙·葛斯林收集的DNA的X射線衍射資料來構建雙螺旋DNA模型。

  在1960年代,艾德華·威爾森在哈佛大學生物系系務會議上提議聘請一位種群生態學家,沃森聲稱「任何聘請生態學家的人都一定瘋了」。  沃森別開生面的科學自傳 《雙螺旋:發現DNA結構的故事》中對他自己以外的科學家多所批評,他對女科學家羅莎琳·富蘭克林的男性沙文主義式評語,尤其惹人反感,因此在該書的 ("Epilogue")中,他特別澄清說「我當初對她羅莎琳·富蘭克林的印象,不論是科學上的還是個人方面的...都往往是錯的」。(... my initial impressions of her, both scientific and personal... were often wrong...)

  2007年10月14日,《星期日泰晤士報》引述了沃森的言論,說黑人先天智力不如白人,所以令他對非洲的前途未敢樂觀。同年10月18日,倫敦的科學博物館(Science Museum),因為沃森的言論臨時取消了他的一場演講,表示他的言論已超過可以容忍的限度;同時冷泉港也中止了他的職務。 沃森隨即表示毫無保留地為他的言論道歉。  此外他還覺得肥胖者「讓人看了感覺很糟,不想僱用他們」;對於所有「相貌不佳的女性」,還有「愚笨的人」,他認為應該以基因工程來治療。  2007年沃森最終被迫離開紐約長島的冷泉港實驗室。2019年1月,該實驗室剝奪他在冷泉港的名譽校長、名譽教授和名譽受託人在內的所有榮譽頭銜。
詹姆斯·杜威·沃森(英語:James Dewey Watson,1928年-4月6日),美國分子生物學家,20世紀分子生物學的牽頭人之一。與同僚佛朗西斯·克里克因為共同發現DNA的雙螺旋結構,而與莫里斯·威爾金斯獲得1962年諾貝爾生理學或醫學獎。