Weinberg war Professor an der University of California in Berkeley und an der Harvard University. Er arbeitete vor allem über Kosmologie und Elementarteilchenphysik. Zusammen mit Sheldon Lee Glashow und Abdus Salam stellte er die vereinheitlichte Theorie der schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung auf (Glashow-Salam-Weinberg-Theorie). Dafür erhielten sie 1979 den Nobelpreis für Physik.