Cox har fått mange utmerkelser og premier for sitt arbeid. Han har fått (1961) og (1973) fra . Han ble valgt til stipendiat ved i 1973, ble slått til ridder av dronning Elizabeth II i 1985, og ble æresmedlem ved British Academy i 2000. Han ble utenlandsk medarbeidert ved og utenlandsk medlem av Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. I 1990 ble han tildelt Ketteringprisen og gullmedaljen for kreftforskning for «utviklingen av den proporsjonelle risikoregresjonsmodellen.» I 2010 mottok han Copleymedaljen fra «for sine betydningsfulle bidrag til teorien og tillempningen av statistikk». Han ble også den første mottager av den internasjonale pris i statistikk. I 2013 ble Cox æresmedlem av Royal Society of Edinburgh. I 2016 fikk han i kategorien grunnvitenskap sammen med Bradley Efron, for utviklingen av «banebrytende og enormt innflytelserike» statistiske metoder som har vist seg uunværlige for å oppnå sikre resultater i et bredt spektrum av disipliner fra medisin til astrofysikk, genomikk eller partikkelfysikk.