Bob Horvitz nasceu em Chicago, Illinois. Sua mãe era professora e seu pai era contador. Ambos os pais incutiram em Horvitz um respeito e uma paixão pelo aprendizado. Quando criança, Horvitz mantinha uma coleção de borboletas, e pensava que a biologia envolvia a coleta e classificação de coisas mortas. Ele era um bom aluno e interessado em muitos assuntos, incluindo inglês e jornalismo. Ele recebeu dois diplomas de graduação do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, um em Matemática e outro em Economia. Ele considerou entrar em direito, medicina, negócios e até mesmo ciência da computação. Mas como ele não sabia nada sobre isso e estava intrigado com a biologia molecular (Horvitz não fez nenhum curso de biologia até seu último ano na universidade) ele entrou na pós-graduação da Universidade de Harvard para estudar biologia.
Horvitz estava interessado em neurobiologia, mas devido à sua limitada experiência com biologia em geral, começou a trabalhar com fago, para aprender o básico. Horvitz era um estudante de pós-graduação nos laboratórios de James Watson e Walter Gilbert, uma experiência que ele achou “interessante”. Depois de seu doutorado em 1974, Horvitz foi para o Conselho de Pesquisa Médica em Cambridge para trabalhar com Sydney Brenner.
Brenner defendia um novo modelo de sistema para estudar o desenvolvimento. Caenorhabitis elegans é uma minhoca não parasitária, que é passível de análise genética, e é fácil de crescer e manter. Horvitz viu as vantagens de C. elegans, e usou-o para estudar uma série de sistemas de desenvolvimento, incluindo o desenvolvimento neuronal, a via ras e a genética da linhagem celular. A morte celular programada é apenas um dos muitos projectos em curso no seu laboratório.
Em 1978, Horvitz aceitou uma posição no Departamento de Biologia do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Ele agora é Professor de Biologia de Whitehead. Ele é investigador do Instituto Médico Howard Hughes desde 1988, e ganhou uma série de prêmios por seu trabalho, incluindo o Prêmio da Fundação Gairdner de 1999. Horvitz é membro da Academia Nacional de Ciências desde 1991 e atua em vários conselhos editoriais e comitês consultivos, tanto governamentais quanto comerciais. Ele tem uma série de patentes pendentes com base no trabalho realizado em seu laboratório. Horvitz é co-fundador e presidente da Idun Pharmaceuticals Inc., uma empresa de biotecnologia sediada em La Jolla, Califórnia, que está desenvolvendo uma terapêutica focada na apoptose.
Horvitz gosta de ler no seu tempo livre, particularmente os romances britânicos contemporâneos.
Horvitz compartilhou o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2002 com os colegas John Sulston e Sdyney Brenner. Os três fizeram grandes contribuições no campo da biologia do desenvolvimento usando o organismo modelo Caenorhabditis elegans.