모건은 초파리(Drosophila) 실험을 통해 염색체 유전설을 확립한 것으로 유명하다. 유전자들은 염색체 위에 선상배열을 하고 있으며 이들이 유전적 특징을 결정한다는 사실을 증명했다. 이 업적으로 모건은 1933년에 노벨 생리학·의학상을 수상했다.
부친인 찰튼 헌트 모건은 영사(領事)였으며, 숙부인 존 헌트 모건은 남북전쟁 동안 남부동맹군의 장군이었다. 모건은 어릴 때부터 자연사에 흥미를 보였다. 1886년에는 후에 켄터키대학교가 된 켄터키주립대학에서 동물학으로 학사학위를 받았고, 그 뒤 존스홉킨스대학교에 들어가 생물학으로 대학원 과정을 밟았다. 홉킨스에서는 형태학자이자 발생학자인 윌리엄 키스 브룩스 밑에서 공부했으며, 1890년에 박사학위를 받은 뒤 브린모어대학의 교수가 되기까지 1년 간 그곳에서 연구를 하면서 지냈다.
1893~1910년 모건은 발생학의 근본적인 문제를 해결하는 데 실험적 방법을 적용했다. 그는 발생과정에서 일어나는 인과적 사건들을 밝혀내기 위해 할구(割球 : 초기 배세포)에서 배가 형성되는 문제, 유핵난세포(有核卵細胞)와 무핵난세포의 수정문제 등을 검토했다. 예를 들어 물리적인 요인들이 미치는 효과에 대해 알아보려고 난세포의 위치가 발생에 어떠한 영향을 주며, 염분의 농도가 수정란과 무정란의 발생과정에 어떻게 작용하는가를 검토했다.
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