馬克斯·路德維希·德爾布呂克出生在德國的格呂內(nèi)瓦爾德（Grunewald），也就是現(xiàn)在柏林的一個郊區(qū)。德爾布呂克是家中七個孩子里最小的一個。他的父親漢斯·德爾布呂克（Hans Delbrück）是柏林大學(xué)的歷史學(xué)教授，還在雜志《普魯士年鑒》（Prussian Yearbooks）做了很多年的編輯和政治專欄作家。德爾布呂克的母親提爾施·德爾布呂克（Tiersch Delbrück）是一位外科學(xué)教授的女兒和化學(xué)家巴倫·馮·李比希（Baron von Liebig）的孫女。李比希建立了研究含碳化合物的有機化學(xué)。德爾布呂克在格呂內(nèi)瓦爾德長大。格呂內(nèi)瓦爾德是柏林的一個舒適的郊區(qū)，但這里的居民也沒能逃脫第一次世界大戰(zhàn)（1914-1918）的紛擾以及隨后而來的政治混亂、通貨膨脹和貧窮。

德爾布呂克還是個小男孩的時候就開始對數(shù)學(xué)和天文學(xué)產(chǎn)生了興趣。1924年，從格呂內(nèi)瓦爾德高中畢業(yè)后，德爾布呂克前往杜賓跟大學(xué)（University of Tübingen）學(xué)習(xí)天文學(xué)。后來又離開那里，去他父親所在的柏林大學(xué)免費學(xué)習(xí)。沒有得到滿足，他又繼續(xù)前往波恩大學(xué)（University of Bonn），之后又回到柏林大學(xué)，最終進入哥廷根大學(xué)（University of Göttingen）并留了下來。

哥廷根大學(xué)那時已經(jīng)成為了量子力學(xué)新領(lǐng)域的中心。量子力學(xué)物理學(xué)是描述原子結(jié)構(gòu)和原子粒子運動的學(xué)1940年代早期照片科。這里激發(fā)性的氛圍對年輕的德爾布呂克產(chǎn)生了很大的影響。在這里，他遇見了出生于匈牙利，并在后來成為美國公民的理論物理學(xué)家尤金·保羅·魏格納（Eugene Paul Wigner）教授和對量子力學(xué)的發(fā)展起到重要作用的德國物理學(xué)家馬克斯·波恩（Max Born）。兩位物理學(xué)家后來都贏得了諾貝爾物理獎。德爾布呂克找出了鋰化學(xué)鍵的數(shù)學(xué)證明。1930年，他獲得了物理學(xué)博士的學(xué)位。

德爾布呂克繼續(xù)用了三年的時間在英國、瑞士和丹麥游學(xué)。他在英國的布里斯托爾大學(xué)（University of Bristol）做了一年半的博士后。后來他又獲得了一份洛克菲勒基金會提供的一份學(xué)術(shù)獎金，前往哥本哈根大學(xué)（University of Copenhagen），在丹麥物理學(xué)家尼爾斯·波爾（Niels Bohr）的指導(dǎo)下做了六個月的研究，緊接著又前往蘇黎世大學(xué)（University of Zurich）在奧地利理論物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;泡利（Wolfgang Pauli）的指導(dǎo)下又做了六個月的研究。波爾當時已經(jīng)提出了一條有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的理論。泡利因1925年解釋原子內(nèi)電子運轉(zhuǎn)規(guī)則的提案獲得了1945年的諾貝爾物理學(xué)獎。

波爾指出物理中的某些屬性在生物學(xué)中是相通的，這使得德爾布呂克對物理學(xué)和生物學(xué)間的關(guān)系產(chǎn)生了興趣。這也對德爾布呂克的前途產(chǎn)生了很大的影響。

1932年，德爾布呂克回到柏林，成為奧地利出生的物理學(xué)家李瑟·邁特納（Lise Meitner）的助手。邁特納在核子分裂的發(fā)現(xiàn)（discovery of nuclear fission）（原子的核的裂開）起到了關(guān)鍵作用。邁特納當時正和1938年發(fā)現(xiàn)核子分裂過程的德國化學(xué)家奧托·漢恩（Otto Hahn）一起研究鈾的中子輻照。美國的科學(xué)家們很快就使用這一發(fā)現(xiàn)來制造第一枚原子彈。

德爾布呂克定時在柏林和那些對遺傳學(xué)感興趣的物理學(xué)家和生物學(xué)家們碰面。在1935年一篇很有影響力的論文里，德爾布呂克和他的研究伙伴們提出可以把基因當成分子來看待。

1937年，德爾布呂克得到了第二份洛克菲勒基金會提供的學(xué)術(shù)獎金后，移民到美國。他使用這筆獎金在位于帕薩迪娜市的加州理工學(xué)院研究生物學(xué)和基因?qū)W。在那里，他和遺傳學(xué)家托馬斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）合作研究果蠅（Drosophila melanogaster）的基因。果蠅的壽命很短，所以不用等很久就可以研究很多代果蠅，因而經(jīng)常被用在研究中。

在加州理工學(xué)院，德爾布呂克開始從事噬菌體的研究。他開始對噬菌體的基因產(chǎn)生了興趣。噬菌體是一種可以影響細菌細胞的病毒，它的名字的意思就是“吃細菌的物體”。1939年，在一篇開創(chuàng)性的論文中，他解釋了噬菌體是如何在個體細胞內(nèi)繁殖的。這一研究開創(chuàng)了病毒研究的新紀元。第二次世界大戰(zhàn)（1939~1945）爆發(fā)后，他決定留在美國。而在德國，德爾布呂克家族的一些成員因為抵抗納粹統(tǒng)治而遭到迫害。

1940年，德爾布呂克接受了位于納什維爾市（Nashville）的范德比爾特大學(xué)（Vanderbilt University）物理學(xué)講師的職位。接下來的七年里，他在范德比爾特大學(xué)里繼續(xù)從事噬菌體研究。1941年，德爾布呂克和在加州理工學(xué)院結(jié)識的瑪麗·艾德琳·布魯斯（Mary Adeline Bruce）成婚。兩人育有四個孩子。1945年，德爾布呂克成為美國公民。

1940年左右，德爾布呂克在費城舉行的美國科學(xué)促進會（American Association for the Advancement of Science）的會議上結(jié)識了薩爾瓦多·魯利亞 （Salvador Luria）。魯利亞當時正在紐約哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）內(nèi)外科醫(yī)學(xué)院從事噬菌體的研究。德爾布呂克拜訪了魯利亞的實驗室，然后兩人計劃了一系列實驗。兩人通過信件和不定期的會面來分享研究成果。

病毒是一種微小的生物體，是造成疾病的主要原因。20世紀40年代早期，科學(xué)家們對病毒的性質(zhì)還知之甚少。德爾布呂克、魯利亞和密蘇里州圣路易斯市華盛頓大學(xué)（Washington University）醫(yī)學(xué)院的赫希（Hershey）都研究了噬菌體。

大部分的噬菌體的結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，它們有一個球形的頭部，里面含有核酸，還有一個蛋白質(zhì)構(gòu)成的空心的尾部，這使得噬菌體可以穿過細菌堅韌的細胞壁。當噬菌體進入細菌時，尾部會首先穿過細胞壁，然后頭部的核酸通過尾部注入到細胞里。

因為病毒無法用普通的顯微鏡觀察到，魯利亞、德爾布呂克和赫希就使用新發(fā)明的電子顯微鏡來收集噬菌體的圖像。1943年，魯利亞使用經(jīng)過德爾布呂克完善后的技術(shù)發(fā)現(xiàn)了病毒會變異（mutate），也就是一代代的改變它們的特征。1946年，經(jīng)過獨立的研究，德爾布呂克和赫希發(fā)現(xiàn), 如果不止一個菌株的噬菌體感染了同一個細菌細胞的話，那么不同菌株的噬菌體會相互交換遺傳物質(zhì)（基因）。這種被他們稱為遺傳重組（genetic recombination） 現(xiàn)象，是病毒內(nèi)DNA重組的第一個實驗證據(jù)。

經(jīng)過十年的獨立研究和合作研究，三人證實帶有一層蛋白質(zhì)外殼的噬菌體顆粒主要是由DNA構(gòu)成的。1952年，赫希證實噬菌體侵入一個細胞的時候，DNA就會脫去它的蛋白質(zhì)外殼，取代宿主的遺傳機制，強迫它產(chǎn)生新的病毒而不是新的細胞。憑借這一病毒復(fù)制的發(fā)現(xiàn)，三位生物學(xué)家揭開了所有生命的基本生命進程。這也為無數(shù)有關(guān)復(fù)雜生物體復(fù)制和傳遞遺傳特征的發(fā)現(xiàn)打開了大門。

魯利亞、德爾布呂克、赫希和其他科學(xué)家們共同為噬菌體研究起草了指導(dǎo)方針。他們鼓勵其他該領(lǐng)域的研究者集中研究感染某種結(jié)腸細菌的七種噬菌體。這樣，不同實驗室得出的實驗結(jié)果就可以拿來比較。

1947年，加州理工學(xué)院任命德爾布呂克為生物學(xué)教授。1949年，美國國家科學(xué)院（National Academy of Sciences）推選他為會員。德爾布呂克、魯利亞和赫希憑借他們關(guān)于病毒復(fù)制機制和基因結(jié)構(gòu)的研究共同獲得了1969年的諾貝爾生物學(xué)-醫(yī)學(xué)獎。

德爾布呂克在加州理工學(xué)院直至1977年退休，并被任命為學(xué)院的理事會成員。1961年到1963年間，他在西德的科隆大學(xué)（University of Cologne）任客座教授，并幫助該大學(xué)建立了遺傳學(xué)院。

一些一流大學(xué)和相對較小的大學(xué)都授予了德爾布呂克榮譽學(xué)位。他還榮獲了一批權(quán)威性的科學(xué)獎，包括1964年的美國國家科學(xué)院頒發(fā)的金伯遺傳學(xué)獎（Kimber Genetics Award）。他還是國家科學(xué)院（National Academy of Sciences）、美國藝術(shù)與科學(xué)研究院（American Academy of Arts and Sciences）、皇家丹麥研究院（Royal Danish Academy）、倫敦皇家協(xié)會（Royal Society of London）和法國科學(xué)院（French Academy of Sciences）的會員。

德爾布呂克是從物理學(xué)轉(zhuǎn)向生物學(xué)的著名人物，他以物理學(xué)為基礎(chǔ)來研究生命現(xiàn)象的思想，刺激了物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤寫下了一本影響后世深遠的著作《生命是什么？》（What is Life?）。這本書影響了佛朗西斯·克里克、詹姆斯·沃森和莫里斯·威爾金斯等人對DNA的研究。