Sus padres, ambos universitarios, inculcaron a todos sus hijos, su interés por la formación académica.
En 1959, la familia se afincó definityivamente en Camp Hill, cerca de Harrisburg.
[2][3] Tras dos años como investigador postdoctoral en el MIT, Phillips se trasladó a Gaithersburg (Maryland), en 1978, para incorporarse a la NBS (National Bureau of Standards, u Oficina Nacional de Normas y Medidas), que poco después pasó a llamarse NITS (National Institute of Standards and Technology, o Instituto Nacional de Normas y Tecnología), y fue allí donde llevó a cabo su premiada investigación.
En 1988 descubrió que los átomos alcanzaban una temperatura seis veces inferior al límite teórico previsto.
[4] En 1997 ganó el Premio Nobel de Física (junto con Claude Cohen-Tannoudji y Steven Chu) por sus contribuciones al campo de la refrigeración mediante láser, una técnica para mover átomos en estado gaseoso para estudiarlos mejor desarrollados en el NIST.