Completó sus estudios de doctorado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts,(MIT) bajo la supervisión del premio Nobel David Baltimore, doctorándose en 1979 con la tesis:The protein covalently linked to the 5' end of poliovirus RNA.

[3]​ Ambros continuó sus investigaciones en el MIT como becario de postdoctorado en el laboratorio del también premio nobel H. Robert Horvitz.

[1]​[2]​ En 1993, Ambros y sus colaboradores Rosalind Lee y Rhonda Feinbaum informaron en la revista Cell [4]​ que habían descubierto moléculas de ARN regulador monocatenario no codificantes de proteínas en el organismo C. elegans .

Investigaciones anteriores, incluido el trabajo de Ambros y Horvitz,[5]​[6]​ habían revelado que un gen conocido como lin-4 era importante para el desarrollo larvario normal de C. elegans, un nematodo que a menudo se estudia como organismo modelo.

Ambros y sus colegas descubrieron que, inesperadamente, lin-4 no codificaba una proteína reguladora.