1970年在罗切斯特大学获得物理和数学双学士学位，1976年在加州大学伯克利分校获博士学位，并留校做了两年博士后研究。1978～1983年入美国电话电报公司任技术部成员，1983年任该公司贝尔实验室量子电子学研究部主任。1987年任斯坦福大学物理学教授，1990年任该校物理系主任。美国国家科学院院士。

1985年朱棣文和他的同事用两两相对，沿三个正交方向的六束激光使原子减速（也称冷却）。真空中的一束钠原子先是被迎面而来的激光束阻止了下来，然后他们把钠原子引进六束激光的交会处。这六束激光相比静止钠原子吸收的特征频率都稍微有些红移。其效果就是不管钠原子企图向何方向运动，都会遇上具有恰当能量的光子，并被推回到六束激光交汇的区域。在这个小区域里，聚集了大量的冷却下来的原子。这种方法把冷却了的原子悬浮或拘捕在“原子陷阱”里，为研究单个原子及其内部结构提供了可能。因发现激光冷却和捕获原子的方法，朱棣文和C.科昂-塔努吉及W.D.菲利普斯共获1997年诺贝尔物理学奖。朱棣文还致力于运用物理方法研究聚合物和生物学。