En el año 2008 fue galardonado con el Premio Nobel de Química, por «su descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente» (GFP,por sus siglas en inglés), junto al también estadounidense Martin Chalfie, y al japonés Osamu Shimomura.

El propio Tsien declaró, en conferencia telefónica tras la noticia de la adjudicación del Premio Nobel de Química 2008, que él no se considera un científico chino: "Me crie en los Estados Unidos y desde entonces he pasado mi vida aquí.

Tsien, que se considera a sí mismo ingeniero molecular, dijo en una ocasión: «estoy facultado por mi herencia para desarrollar este tipo de trabajo».

Con dieciséis años ganó el primer premio de la Intel Science Talent Search, competición a nivel nacional en los Estados Unidos para estudiantes de secundaria, con un proyecto sobre cómo los metales se unen al tiocianato.

[5]​ Estudió en la Universidad de Harvard, graduándose con un Bachelor of Science en física y química en 1972.