Aziz Sancar 1946 senesinde Mardin'in Savur ilçesinde dünyaya geldi. İlk ve orta öğrenimini Savur ve Mardin'de tamamladı. Sonrasında İstanbul Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde eğitim gördü.
Savur'da iki sene doktor olarak çalıştıktan sonra, Teksas Üniversitesi'nde doktorasını, Moleküler Biyoloji dalında, DNA onarımı üzerinde yaptı. Yale Üniversitesi'nde DNA onarımı dalında doçentlik tezini tamamladı.
1982 senesinde UNC Chapel Hill'de Biyokimya ve Biyofizik alanlarında çalıştı. Burada DNA onarımı, hücre dizilimi, kanser tedavisi ve biyolojik saat üzerinde çalıştı. 288 makale ve 33 kitap yayınladı.
1997 senesinden beri Amerika Birleşik Devletleri Kuzey Karolina Üniversitesi, Chapel Hill'de Biyokimya ve Biyofizik Bölümü'nde Sarah Graham Kenan Profesörü olarak görev yapmaktadır. ABD Ulusal Bilimler Akademisi'ne seçilen ilk ABD'li Türk olarak tanınır.
Hücrelerin hasar gören DNA'ları nasıl onardığını ve genetik bilgisini koruduğunu haritalandıran araştırmaları sayesinde 2015 Nobel Kimya Ödülü'nü kazanmıştır.
ABD'de Ulusal Bilimler Akademisi ve Amerikan Sanat ve Bilimler Akademisi, Türk Bilimler Akademisi üyesidir. Vehbi Koç Vakfı'nda 2007 senesinde ödül aldı. Chapel Hill'de eşi Gwen Sancar ile yaşıyor. Aziz ve Gwen Sancar, Carolina'daki Türk Evi'nin kurucuları arasında.
Aziz Sancar'ın geliştirip adını koyduğu “maxicell” tekniği ile buluşunu yapıp adını koyduğu “excinuclease/excision nuclease” enzimi terimleri Oxford Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Sözlüğü'ne girmiştir.