Il développa tôt un intérêt pour la chimie et pour l'astronomie. Après 2 années passées au Pasadena Junior College, il étudia à l'université de Californie à Los Angeles (UCLA) dans laquelle il fut diplômé en chimie. Il travailla ensuite un an dans la Philip R. Park Research Foundation où il s'occupa d'une colonie animale et assista à des expériences de croissance d'acides aminés de synthèse. Une de ces expériences montra pour la première fois, que les acides aminés indispensables pour permettre une croissance devait être disponibles simultanément.
En 1963, il rendit public sa méthode de synthèse sur matrice solide des protéines et des peptides, également connue sous le nom de «synthèse de Merrifield». L'idée principale de celle-ci, réside dans le fait que les molécules biologiques comme les protéines ou les peptides sont des polymères linéaires et que, lors d'une telle synthèse, une de leurs extrémités pouvait être couplée à une matrice. Cette méthode fut étendue par la suite à la synthèse d'oligonucléotides, de sucres et d'autres molécules organiques complexes. En 1969, Cette percée permit à Merrifield et à Bernd Gutte la synthèse de la ribonucléase A, constituée de 124 acides aminés.
En 1984, il est lauréat du prix Nobel de chimie«pour son développement de la méthodologie de la synthèse chimique sur matrice solide».
(en)Biographie sur le site de la fondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate —le Nobel Lecture— qui détaille ses apports)