取得美国加州大学柏克莱分校物理学博士学位，1993年获选为美国国家科学院院士，1997年以关于原子和粒子的激光冷却的研究，获得当年的诺贝尔物理学奖，成为继杨振宁、李政道、丁肇中后，第四位荣获诺贝尔物理学奖的华人，时年四十九岁。亦是史丹福大学物理学教授、中华民国中央研究院院士、中华人民共和国中国科学院外籍院士、加州大学华裔学者协会创会理事以及曾为哈佛大学校长候选人之一。2004年8月，出任劳伦斯伯克利国家实验室主任。实验室隶属于美国能源部，是美国历史最悠久的国家级研究室。在朱棣文的领导下，劳伦斯伯克利国家