W. Ford Doolittle est né en 1942 à Urbana, Illinois. Il a reçu un baccalauréat ès sciences biochimiques de Harvard College en 1963, après avoir préparé une thèse de spécialisation sur les bactériophages de corynebacterium diphtheriae sous la direction du regretté A.M. Pappenheimer, Jr.

Pour obtenir son doctorat de l'Université Stanford, Doolittle a travaillé avec Charles Yanofsky sur la régulation de la biosynthèse du tryptophane dans le E.coli. Suite à une brève collaboration post-doctorale avec Sol Spiegelman à Urbana, il a passé deux ans avec Norman Pace au National Jewish Hospital and Research Center à Denver, Colorado, où il a travaillé sur la synthèse de l'ANR ribosomal.

En 1971, Doolittle a intégré le département de biochimie à l'Université Dalhousie, subventionné par une bourse du CRM. Ses recherches à Dalhousie se sont focalisées successivement sur les domaines suivants : les cyanobactéries (la synthèse de l'ANR ribosomal, l'expression, le métabolisme et l'évolution des gènes); la preuve de l'hypothèse de l'endosymbiote comme origine des chloroplastes; la biologie moléculaire des archaeobactéries; le développement d'outils et de cartes génétiques pour les halobactéries; les origines et la première évolution des eucaryotes; et, plus récemment, le rôle et l'importance du transfert latéral dans l'évolution des procaryotes.

En dehors de son travail dans ces domaines de la biologie expérimentale, Doolittle a contribué périodiquement à la théorie de l'évolution des gènes et de la génomique. En 1986 il est devenu membre et directeur du Programme de biologie évolutionniste de l'Institut canadien de recherches avancées — poste dont il est encore titulaire. L'Institut a facilité la collaboration et financé le travail de plusieurs des chercheurs ci-dessus mentionnés.

En avril 2001, Doolittle a été nommé à une chaire de recherche du Canada en génomique comparative et en avril 2002, il est devenu membre de l'U.S. National Academy of Sciences.

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