Studium der Chemie in Wien. 1936 ging Perutz an das Cavendish Laboratory in Cambridge zu L. B. Bragg, um sich der Röntgenstrukturanalyse von Proteinen zuzuwenden. Er baute dort mit I.C. Kendrew eine Forschungsgruppe, später das Institut für Molekularbiologie auf, das er bis 1979 leitete.

Seine Forschungsarbeit konzentrierte sich seit 1937 im wesentlichen auf den roten Blutfarbstoff, das Hämoglobin. Die ungewöhnlich schwierige Aufklärung dessen Struktur gelang 1960. Es folgte die Aufklärung der Atmungsfunktion des Hämoglobins und des chemischen Mechanismus vieler Hämoglobin-Krankheiten. Hämoglobin ist durch Perutz' Arbeit unter den lebenswichtigen Proteinen dasjenige, dessen Struktur, Funktion und Pathologie am besten bekannt ist.

Nobelpreis für Chemie 1962.