生于休斯敦。1962年获加州理工学院哲学博士学位。1963年任职于贝尔实验室。1976年任射电物理学研究室主任。1978年任布法罗纽约州立大学物理教授。
威耳孙在贝尔实验室和A.彭齐亚斯合作，用射电望远镜于1965年观测到宇宙背景微波辐射，被认为是大爆炸宇宙学的一个重要观测证据。为此他们获1978年诺贝尔物理学奖。威耳孙还从事毫米波射电天文学研究，发现一氧化碳等多种星际分子；测量了星际同位素，特别是氘同位素的丰度；探测银河系中的暗云，由此证实了热宇宙模型，这是他对宇宙学和天体物理学做出的又一贡献。此外，他研究了微波固体器件和集成电路。
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