威耳遜是第一位物理學家為同時顯現寬廣的不同長度尺度的現象發展了普遍且可操作的方法。這個方法經過一些修改，也可以用在一些其他的重要而尚未解決的問題上。液體和氣體中的湍流就是一個典型的例子。在這一現象中出現了許多不同的長度尺度。在大氣中可以找到從最小的塵埃旋渦到地球表麵的颶風這樣一些尺度的湍流。威耳遜的新思想在粒子物理學中也有應用。他把他的理論作些修改，成功地運用到粒子物理學的前沿問題，特別是誇克囚禁問題。威耳遜的理論方法代表了一種新的理論形式，它可對相變的臨界現象這一經典問題給出了完全的解答，不僅如此，看來它還有很大潛力可以用於解決其他一些重要、而直到今日還未解決的問題。
威耳遜1936年6月8日出生於美國馬薩諸塞州的沃爾瑟姆（Waltham）。他的父親是哈佛大學的化學教授。在上高中之前，就在父親的幫助下學習物理和數學。他當時學的數學是微積分，而物理是采用微積分的。他從這時起就決心當一名物理學家。在上大學前，威耳遜就跟父親學習符號邏輯。他父親還試圖教他群論，但不太成功。1952年，這時威耳遜才16歲，就進入哈佛大學主修數學，但同時也學了許多物理，幾個暑假都參加課題組研究。他的研究生階段在加州理工學院渡過，其中有兩年是在核物理實驗室裏工作，並跟隨蓋爾曼做博士論文。
在加州理工學院威耳遜和物理係一位名叫馬休斯的助教很談得來，馬休斯教他使用學院的計算機。有一個暑假他參加通用原子能公司，從事等離子體工作。第二年回到哈佛，當一名臨時工作人員，然後再回到加州理工學院完成博士論文。當時哈佛的理論活動較少，於是威耳遜就去了MIT，以便利用那裏的計算機做理論工作，在那裏和MIT的理論組成員聯係很多。
1962年威耳遜來到歐洲核子研究中心（CERN），參加肯德爾和布約肯的小組，研究場論和粒子物理學，他的興趣在於用重正化群方法來處理強相互作用的模型。
1963年9月威耳遜到康奈爾大學當助理教授，1965年受聘為副教授，1971年升教授，以後他就一直在康奈爾大學，除了幾次休假和訪問。有一次是去SLAC，有一次是去普林斯頓高等研究中心，又有一次是去加州理工學院當訪問學者，還到IBM蘇黎世實驗室工作過一年。
1971年，他把重正化群的方法用於統計物理學中的臨界現象的研究，建立起二級相變理論。在這個理論中，準確地計算了低溫下熱容對溫度的線性關係式中的係數。
威耳遜最早從事的並不是統計力學，而是量子場論。早在20世紀40年代末，貝特、施溫格、朝永振一郎、費因曼、戴森（Dyson）等人發展了重正化理論。1953年彼德曼等人發表過論文，第一次討論了重正化群。威耳遜的工作就建立在這些基礎之上。
威耳遜是怎樣從量子場論走向統計力學的呢？
1954年蓋爾曼和勞發表了題為“小距離的量子電動力學”一文，比卡達諾夫對威耳遜更早地起了激勵作用。
1956年威耳遜進入加州理工學院研究生院，當時大多數優秀的學生都不願意從事基本粒子的理論研究，但威耳遜與眾不同，反而積極參加。他主動地到通用原子能公司工作了一個多月，為羅森布魯斯做等離子體物理研究。他向蓋爾曼要題目來做。蓋爾曼首先建議他在弱相互作用領域內研究相互作用較強的K介子。幾個月後，威耳遜又請求蓋爾曼給一個直接與強相互作用有關的題目，因為他覺得這類作用很值得做。蓋爾曼建議他用勞氏方程研究K介子-核子散射，隻要取一個介子的近似。威耳遜對求解勞氏方程的方法不是很滿意，於是就反複探討用不同的方法求解更簡單的π介子-核子散射的情況。盡管一個介子的近似隻是對低能有效，威耳遜還研究了高能限，並進而研究了重正化群的問題。