Carl Richard Woese nació en 1928 en Syracuse, Nueva York. Estudió matemáticas y física en el Amherst College de Massachusetts y obtuvo un PhD. en biofísica en la Universidad de Yale en 1953.
Woese recibió su formación de importantes investigadores y premios Nobel, como por ejemplo su instructor de postgrado el biofísico Ernest Pollard, quien a su vez fue estudiante del premio Nobel de física James Chadwick.
El interés de Woese por el origen del código genético y los ribosomas se desarrolló mientras trabajaba como biofísico en el Laboratorio de Investigación de General Electric. Más tarde, en 1964, el biólogo molecular estadounidense Sol Spiegelman lo invitó a unirse a la facultad de la Universidad de Illinois, donde permaneció hasta su muerte (2012).