Watson ereditò dal padre la passione per l'ornitologia. All'età di 10 anni, partecipò a Quiz Kids, un famoso programma radiofonico in cui bambini prodigio dovevano rispondere a difficili domande. Grazie alla politica liberale di Robert Hutchins, a 15 anni entrò nella University of Chicago. Dopo aver letto nel 1946 il libro "What Is Life?" di Erwin Schrödinger, cambiò il suo indirizzo da ornitologia a genetica. Conseguì il "bachelor of science" in Zoologia nel 1947 all'università di Chicago e un dottorato di ricerca in zoologia nel 1950 all'università dell'Indiana.