После демобилизации получил в Университете Калифорнии в Сан-Диего степень бакалавра по биохимии (1972) и затем доктора философии по физиологии и фармакологии. Преподавал в Университета штата Нью-Йорк в Буффало и Roswell Park Cancer Institute. С 1984 года Вентер работал в Национальном институте здравоохранения США (NIH), где освоил методы идентификации всех мРНК, имеющихся в клетке, и начал использовать этот метод для идентификации генов человеческого мозга. Короткие фрагменты кДНК, открытые с помощью этого метода, стали называться «выявленными метками последовательностей» (expressed sequence tags, EST). В 1992 году основал Институт геномных исследований (The Institute for Genomic Research (TIGR), затем Институт Крейга Вентера (JCVI) и компанию Celera Genomics, а также является сооснователем Human Longevity Inc. Френсис Коллинз из Национального института здоровья США (NIH) с гос. финансированием и Вентер с частным финансированием независимо друг от друга картировали и расшифровали ДНК человека. Их отчёты были опубликованы в 2001 году. В присутствии Президента США Билла Клинтона оба вместе объявили о завершении составления черновика карты генома человека. Крейг также руководил первым в истории человечества синтеза живого организма, т. н. Микоплазма лабораторная. Этот организм, по замыслу создателей, содержит в своем геноме наиболее близкий к минимально возможному набор генов. В 2010 году представил миру простейший биосинтетический организм, способный к размножению, а также заявил о создании им искусственной клетки.