Nach seinem Abitur studierte Jaenisch zunächst Medizin an der Universität in München, wo er 1967 zum Dr. med. promoviert wurde. Im Anschluß arbeitete er als Postdoktorand im Max-Planck-Institut für Biochemie in München, an der Princeton University in New Jersey und dem Krebsforschungszentrum Fox Chase in Philadelphia. Von 1972 bis 1977 war er als Assistenzprofessor am Salk Institute in La Jolla, Kalifornien tätig. In Deutschland leitete er bis 1984 die Abteilung für Tumorvirologie des Heinrich-Pette-Instituts für Experimentelle Virologie und Immunologie an der Universität Hamburg. Im Jahr 1984 folgte er dem Ruf des Whitehead Institute for Biomedical Research des MIT in Cambridge/USA, dessen Gründungsmitglied er ist. Er ist Professor für Biologie am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Die Forschung von Rudolf Jaenisch befasst sich mit der Programmierung der Gene bei Säugetieren und Mensch während der Entwicklung und bei Krankheiten. Für seine Arbeiten auf dem Gebiet der transgenen Tiermodelle und des therapeutischen Klonens hat er zahlreiche Ehrungen und Preise erhalten, wie den Robert Koch Preis, die Schering Medaille, die Max-Delbrück-Medaille sowie das große Bundesverdienstkreuz.

Rudolf Jaenisch ist Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und der National Academy of Sciences.