Il obtient son doctorat en zoologie à l'université Johns Hopkins en 1903 et travaille comme professeur d'anatomie comparée à cette même université de 1908 à 1920. C'est dans ce contexte qu'il développe ses théories behavioristes, qui ont pour objet de décrire les comportements humains en termes de réponses conditionnées aux stimuli extérieurs.
En 1920, Watson quitte l'université Johns Hopkins pour occuper le poste de président du département de psychologie à l'université de Chicago. C'est dans cette institution qu'il publie en 1924 un article intitulé "Psychology as the Behaviorist Views It", dans lequel il expose les principes fondamentaux du behaviorisme, dont la rejet de l'introspection comme méthode scientifique et l'insistance sur l'étude empirique des comportements observables.
Watson quitte l'université de Chicago en 1928 pour occuper le poste de directeur du Johns Hopkins Hospital, où il mène des recherches sur la psychologie clinique et les troubles mentaux. Il prend sa retraite académique en 1945 et meurt dix ans plus tard, en 1958.
La théorie de Watson a été une source d'inspiration pour plusieurs psychologues américains qui ont développé le behaviorisme expérimental, dont B.F. Skinner, Edward Thorndike et Clark Hull. Sa carrière est marquée par un grand nombre de publications dans des revues académiques, notamment Psychological Review, Journal of Experimental Psychology et American Journal of Psychology.
Watson est connu pour avoir dit "Give me a dozen healthy infants, well-fed and cared for, and I will guarantee to take any one at random and train him to become any type of specialist I might select - doctor, lawyer, artist, merchant-chief and, yes, even beggar-man and thief," expression qui reflète la conviction behavioriste selon laquelle les comportements humains sont fondamentalement conditionnés et que l'environnement joue un rôle décisif dans le développement personnel.