Posteriormente amplió sus estudios en la Universidad de Minnesota, donde se doctoró en 1935 y al año siguiente consiguió realizar una beca postdoctoral en la Universidad de Mánchester en Inglaterra.

Su carrera se inició tras un accidente ocurrido en 1936 en la fábrica de tintes Imperial Chemical Industries (ICI) que tenía en Mánchester.

Se elaboraba un compuesto incoloro llamado ftalonitrilo, pero una partida salió de un bello color azul, al parecer por una grieta en el forro de vidrio del recipiente.

Calvin, que llegaba a la Universidad de Mánchester para realizar estudios posdoctorales, trabajaba con el catedrático Michael Polanyi y vio que el compuesto de la ICI tenía un parecido estructural con la hemoglobina y con la clorofila: las dos moléculas catalíticas más importantes en los seres vivos y, bioquímicamente, las más difíciles de comprender y de imitar.

También fue distinguido en 1964 con la medalla Hughes —concedida por la Royal Society «en reconocimiento a su trabajo pionero en química y biología, particularmente por su elucidación de la ruta fotosintética para la incorporación del dióxido de carbono por las plantas»[3]​— y en 1978 con la medalla Priestley, concedida por la American Chemical Society.