兵庫県加古川市出身。灘中学校1年生のとき父親の転勤で東京都へ引っ越し、開成中学校に編入学。当時、開成中学では生物の授業に実験を多く取り入れており、サメの解剖実習などの授業を通して、生物の生きる仕組みに興味を持つようになる。また中学時代、クラシック音楽を聞くためにテレビの公開収録に通った。開成高等学校から東京大学理科一類に進学。理学部生物化学科専攻を決めた3年生のころ（1968年）は大学闘争の真っ只中であり、集会に出向き議論に明け暮れたという。しかし1969年1月の東大安田講堂事件の直前、転機が訪れる。父を病気で亡くし、学生運動から身を引きこととなり、一番下の弟と自宅に近所の子どもを集めて勉強を教える仕事を始めた。大阪大学にいた上の弟は大阪市中央卸売市場のこんにゃく屋で早朝アルバイトを始めた。兄弟3人で頑張るうち大学院に進む見通しが立ち、1975年3月、東京大学大学院理学系研究科修士課程修了。ウィスコンシン大学酵素学研究所に留学し、野村眞康の薫陶を受けた。1979年、京都大学理学部教授の柳田充弘の助手として採用される。1985年、東京大学医科学研究所遺伝子解析施設の助教授に就任。1989年、東京大学理学部教授に就任。1993年、改組により同大学大学院理学系研究科教授に就任。1992年から1998年まで岡崎国立共同研究機構（現・自然科学研究機構）の基礎生物学研究所の客員教授を務めた。1997年、同大学遺伝子実験施設長に就任。2008年10月1日から2011年9月30日まで日本学術会議の幹事を務めた。2011年、かずさDNA研究所長に就任。2012年、東京大学を定年退任。2013年10月、基礎生物学研究所長に就任した。2016年1月、「減数分裂にかかわる分子機構の解明」が評価され、朝日賞を受賞。2019年3月31日付で基礎生物学研究所長を退任。後任は学習院大学教授の阿形清和。
『マリー・ド・メディシスの生涯』は、マリーの公宮だったリュクサンブール宮殿の待合室の壁に、マリーの生涯の時系列順に時計回りで飾られていた。現在『マリー・ド・メディシスの生涯』を所蔵しているパリのルーヴル美術館でも、同じく時系列順で展示されており、描かれている時期としてはマリーの幼年時代、フランス王妃時代、アンリ4世と死別後の摂政時代に大別できる。すべての絵画の縦寸は同じだが、横寸は飾られていたリュクサンブール宮殿の部屋の形に合わせてさまざまである。24点の絵画のうち16点が、高さ4メートル、横3メートルの壁に飾られており、3点の大きな絵画が高さ4メートル、横7メートルの壁に飾られていた。『マリー・ド・メディシスの生涯』が飾られていたリュクサンブール宮殿の待合室の出入り口は、南東の角に設けられていた。この出入り口から見ると『サン＝ドニの戴冠』と『アンリ4世の神格化と摂政就任宣言』がもっとも目立つ位置に掛けられていた。出入り口が切られた壁にはマリーの幼少時代を描いた絵画と、マリーとアンリ4世の結婚を描いた絵画が掛けられていた。4点もの絵画が2人の結婚を題材として描かれているが、アンリ4世と結婚したときのマリーが27歳という「高齢」であり、当時の女性の初婚年齢としては極めて珍しかったからだともいわれている。24点の連作のうち、前半の作品は北と西の壁に掛けられており、マリーの戴冠で終わる。出入り口の向かい側の壁には、後半の作品となるアンリ4世の暗殺と政権の引継の絵画や、未亡人となったマリーの摂政宣言の絵画が掛けられていた。連作後半の作品はマリーがフランスの統治権を掌握して、物議を醸した時期の絵画から始まっている。マリーとその息子でフランス王位を継いだルイ13世との衝突と和解などが、マリーからの要望で連作後半の主題として描かれたのである。歴史的観点からすると、当時のフランス政局下で、このような主題の絵画を描くことは大きな混乱を巻き起こす可能性があった。ルーベンスにとっても、フランス宮廷人たちからの怒りを買うようなことはまったく本意ではなかった。そこでルーベンスは『マリー・ド・メディシスの生涯』の連作後半を、古代神話の世界に仮託して描くことにした。神話画に描かれる悪徳や美徳を意味する寓意や象徴、あるいは宗教的な比喩を多用することにより、現実世界で生じた事件を曖昧に表現して隠そうとしたのである。「歴史的真実」に対するこのようなルーベンスの姿勢は、恣意的で誤っており、不誠実だととられる可能性もある。しかしながら現代的意義からすると、歴史家もジャーナリストも『マリー・ド・メディシスの生涯』は歴史的事実の描写ではなく、歴史的な出来事を詩的世界に変容した美術作品であると見なしている。ルーベンスが『マリー・ド・メディシスの生涯』で採用した物語的表現手法の源流は、古代ローマ・ギリシア時代に書かれた、理想的王権や優れた政体への「称賛文 (en:Panegyric)」にある。このような称賛文は、世継ぎの王子の誕生などといった政治的にも重要な出来事に際して書かれることが多く、為政者の権威を高め、その血統を称える目的に使用された。称賛文の正式な構成は称賛の対象である人物の祖先から始まり、生誕、教育、そして独り立ちしてからの生活と、その生涯を時系列順に詳細に解説していく流れになっている。ルーベンスが『マリー・ド・メディシスの生涯』で採用した構成は、これら古代の称賛文を絵画として再現したものなのである。『マリー・ド・メディシスの生涯』の価格はおよそ24,000ギルダーだった。その総表面積は292平方メートルであるため、1平方メートル当たり約82ギルダー（約1,512ドル）になる。