Susumu Tonegawa lahir di Nagoya, Jepang dan masuk ke Sekolah Tinggi Hibiya, Tokyo. Ia menerima gelar sarjana dari Universitas Kyoto pada tahun 1963. Ia menerima gelar doktor dari Universitas California, San Diego. Ia mengerjakan karya pascadoktoral di Salk Institute, San Diego, di laboratorium Renato Dulbecco, lalu bekerja di Lembaga Imunologi Basel, Basel, Swiss, di mana ia mengerjakan eksperimen imunologi. Pada tahun 1981, ia menjadi profesor di Institut Teknologi Massachusetts, mendirikan dan memimpin Picower Institute for Learning and Memory, MIT.Ilmuwan Jepang yang memenangkan Penghargaan Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran pada tahun 1987 untuk "penemuannya atas asas genetika untuk pembangkitan ragam antibodi." Meski memenangkan Hadiah Nobel untuk karyanya dalam imunologi, Tonegawa ialah seorang biolog molekuler yang dilatih. Di tahun-tahun terakhir, ia banting minat ke basis molekuler dan selular atas pembentukan memori.
Tonegawa terkenal karena menjelaskan mekanisme genetika dalam sistem kekebalan tiruan. Untuk mencapai keragaman antibodi yang diperlukan untuk melindungi terhadap tiap jenis antigen, sistem kekebalan akan memerlukan jutaan pengkodean gen untuk antibodi-antibodi yang berbeda, jika setiap antibodi dikodekan oleh 1 gen. Sebagai gantinya, seperti yang ditunjukkan Tonegawa dalam serangkaian penelitian yang berawal pada tahun 1976, materi genetik dapat menyusun diri untuk membentuk kesatuan luas antibodi yang tersedia. Membandungkan DNA sel B (sejenis sel darah putih) pada anak tikus dan tikus dewasa, ia mengamati bahwa gen dalam sel B dewasa pada tikus dewasa dipindahkan ke sekeliling, direkombinasi, dan dihilangkan untuk membentuk keragaman kawasan antibodi yang tersedia.