Bob Horvitz werd geboren in Chicago, Illinois. Zijn moeder was onderwijzeres en zijn vader was accountant. Beide ouders brachten Horvitz respect en passie voor leren bij. Als kind had Horvitz een vlinderverzameling en hij dacht dat biologie het verzamelen en classificeren van dode dingen inhield. Hij was een goede student en geïnteresseerd in vele vakken, waaronder Engels en journalistiek. Hij behaalde twee doctorale graden aan het Massachusetts Institute of Technology, één in wiskunde en één in economie. Hij overwoog om rechten te gaan studeren, medicijnen, zaken en zelfs computerwetenschappen. Maar omdat hij niets wist over, en geïntrigeerd was door moleculaire biologie (Horvitz volgde geen enkele biologiecursus tot zijn laatste jaar aan de universiteit) ging hij aan de Harvard University graduate school om biologie te studeren.
Horvitz was geïnteresseerd in neurobiologie, maar vanwege zijn beperkte ervaring met biologie in het algemeen, begon hij te werken met fagen, om de basis te leren. Horvitz was een afgestudeerde student in de laboratoria van James Watson en Walter Gilbert, een ervaring die hij “interessant” vond. Na zijn doctoraat in 1974, ging Horvitz naar de Medical Research Council in Cambridge om samen te werken met Sydney Brenner.
Brenner was voorstander van een nieuw modelsysteem om ontwikkeling te bestuderen. Caenorhabitis elegans is een niet-parasitaire rondworm die zich goed leent voor genetische analyse, en gemakkelijk te kweken en te onderhouden is. Horvitz zag de voordelen van C. elegans en gebruikte het om een aantal ontwikkelingssystemen te bestuderen, waaronder neuronale ontwikkeling, de ras pathway en de genetica van cellijnen. Geprogrammeerde celdood is slechts een van de vele lopende projecten in zijn lab.
In 1978 aanvaardde Horvitz een positie in het Departement Biologie aan het Massachusetts Institute of Technology. Hij is nu Whitehead Professor in de Biologie. Hij is sinds 1988 onderzoeker aan het Howard Hughes Medical Institute en heeft voor zijn werk een aantal onderscheidingen gekregen, waaronder de 1999 Gairdner Foundation Award. Horvitz is sinds 1991 lid van de National Academy of Science en heeft zitting in een aantal redactieraden en adviescommissies, zowel van de overheid als van commerciële organisaties. Hij heeft een aantal octrooien aangevraagd op basis van werk dat in zijn laboratorium is verricht. Horvitz is medeoprichter en voorzitter van Idun Pharmaceuticals Inc., een biotechbedrijf gevestigd in La Jolla, Californië, dat therapeutica ontwikkelt die zich richten op apoptose.
Horvitz leest graag in zijn vrije tijd, met name Britse hedendaagse romans.
Horvitz deelde de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde 2002 met collega’s John Sulston en Sdyney Brenner. Alle drie leverden zij belangrijke bijdragen op het gebied van de ontwikkelingsbiologie met behulp van het modelorganisme Caenorhabditis elegans.