Fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina (compartido con Robert W. Holley y Marshall Warren Nirenberg) en 1968 por su trabajo en la interpretación del código genético y su función en la Síntesis proteica.
Se convirtió en ciudadano naturalizado de Estados Unidos en 1966 y vivió durante mucho tiempo en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos trabajando en la Facultad de Química del MIT.
Su padre fue "patwari" del pueblo, un recolector de impuestos oficial, él lo envió a la escuela primaria, y luego estudió en la D.A.V.
Posteriormente, pasó dos años en Cambridge, en los que se inició su interés en las proteínas y ácidos nucleicos.
Khorana se casó en 1952 con Esther Elizabeth Sibler, de origen suizo.