Estudió bioquímica en la Universidad de Brandeis, donde se graduó en 1978, y posteriormente amplió sus estudios en medicina en la Universidad Tufts.

Actualmente es profesor de Neurobiología Molecular y Biofísica de la Universidad Rockefeller, así como investigador del Instituto Médico Howard Hughes.

Inició sus investigaciones alrededor de las toxinas en la estructura en canal del potasio.

En 2003 fue galardonado con el Premio Nobel de Química junto con Peter Agre.

Ambos científicos fueron premiados por los descubrimientos referentes a los canales en membranas celulares, si bien MacKinnon por los estudios estructurales y mecánicos de los canales iónicos y Agre lo fue especialmente por el descubrimiento del método del "canal de agua".