Fizyką zainteresował się po zakończeniu II wojny światowej, i w 1952 r. uzyskał w tej dziedzinie doktorat na Uniwersytecie Chicago u Clarence’a Zenera. Po uzyskaniu doktoratu przeniósł się do Massachusetts Institute of Technology (MIT) i zajął się pracą nad pamięciami komputerowymi, a jego zespół stworzył m.in. przełomową pamięć magnetyczną RAM. Ta praca przyczyniła się do sformułowania reguł Goodenougha–Kanamoriego dotyczących interakcji między jonami. W 1976 r. został profesorem chemii i kierownikiem laboratorium chemii nieorganicznej na Uniwersytecie Oksfordzkim. W latach 70. i 80. prowadził badania nad bateriami litowo-jonowymi, m.in. w 1980 r. jego laboratorium opracowało katodę z tlenku litowo-kobaltowego(III); opracowana przez niego technologia została później upowszechniona przez koncern Sony, a uczelnia nie opatentowała rozwiązania.
Od 1986 r. związany był z Uniwersytetem Teksańskim w Austin, opracowując m.in. jeszcze wydajniejszą żelazowo-fosforanową katodę w strukturze oliwinu. W 2016 r. brał udział w opracowaniu baterii, która wykorzystuje szklany elektrolit zamiast płynnego.