Bob Horvitz urodził się w Chicago, w stanie Illinois. Jego matka była nauczycielką, a ojciec księgowym. Oboje rodzice zaszczepili w Horvitzu szacunek i pasję do nauki. Jako dziecko Horvitz posiadał kolekcję motyli i uważał, że biologia polega na zbieraniu i klasyfikowaniu martwych przedmiotów. Był dobrym uczniem i interesował się wieloma przedmiotami, w tym angielskim i dziennikarstwem. Uzyskał dwa dyplomy licencjackie w Massachusetts Institute of Technology, jeden z matematyki i jeden z ekonomii. Zastanawiał się nad wyborem prawa, medycyny, biznesu, a nawet informatyki. Ponieważ jednak nie wiedział nic o biologii molekularnej, a zaintrygowała go ona (Horvitz nie uczęszczał na żadne kursy biologii aż do ostatniego roku studiów), rozpoczął studia magisterskie na Uniwersytecie Harvarda, aby studiować biologię.
Horvitz był zainteresowany neurobiologią, ale ze względu na jego ograniczone doświadczenie z biologią w ogóle, zaczął pracować z fagami, aby nauczyć się podstaw. Horvitz był studentem studiów magisterskich w laboratoriach Jamesa Watsona i Waltera Gilberta, doświadczenie, które uznał za „interesujące”. Po doktoracie w 1974 roku, Horvitz udał się do Medical Research Council w Cambridge, aby pracować z Sydneyem Brennerem.
Brenner był zwolennikiem nowego systemu modelowego do badania rozwoju. Caenorhabitis elegans jest niepasożytniczą glista, która jest podatna na analizy genetyczne i jest łatwa w hodowli i utrzymaniu. Horvitz dostrzegł zalety C. elegans i wykorzystał go do badania wielu systemów rozwojowych, w tym rozwoju neuronów, szlaku ras i genetyki linii komórkowej. Programowana śmierć komórkowa jest tylko jednym z wielu projektów prowadzonych w jego laboratorium.
W 1978 roku Horvitz przyjął posadę w Departamencie Biologii w Massachusetts Institute of Technology. Obecnie jest profesorem biologii w Whitehead. Od 1988 roku jest badaczem Howard Hughes Medical Institute i zdobył wiele nagród za swoją pracę, w tym 1999 Gairdner Foundation Award. Horvitz jest członkiem National Academy of Science od 1991 roku i zasiada w wielu radach redakcyjnych i komitetach doradczych, zarówno rządowych, jak i komercyjnych. Na podstawie prac prowadzonych w jego laboratorium zgłoszono szereg patentów. Horvitz jest współzałożycielem i prezesem Idun Pharmaceuticals Inc, firmy biotechnologicznej z siedzibą w La Jolla w Kalifornii, która opracowuje terapeutyki skupiające się na apoptozie.
Horvitz lubi czytać w wolnym czasie, szczególnie brytyjskie powieści współczesne.
Horvitz dzielił Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny w 2002 roku z kolegami Johnem Sulstonem i Sdyneyem Brennerem. Wszyscy trzej wnieśli znaczący wkład w dziedzinie biologii rozwoju przy użyciu organizmu modelowego Caenorhabditis elegans.
.