Ambros sinh tại New Hampshire và lớn lên ở Vermont. Ông đậu bằng tiến sĩ ở Học viện Công nghệ Massachusetts, dưới sự hướng dẫn của người đoạt giải Nobel David Baltimore. Ông tiếp tục nghiên cứu ở Học viện Công nghệ Massachusetts như một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của H. Robert Horvitz, người sẽ đoạt giải Nobel sau này.

Năm 1984, ông trở thành một thành viên trong ban giảng huấn của Đại học Harvard, và chuyển sang Dartmouth College năm 1992. Ambros gia nhập ban giảng huấn của Trường Y học Đại học Massachusetts năm 2008, và hiện nay giữ chức giáo sư Silverman về Khoa học tự nhiên trong chương trình Y học phân tử (Molecular Medicine).

Năm 1993 ông khám phá ra các phân tử RNA nhỏ xíu để điều chỉnh biểu hiện gen, sau này gọi là microRNA.[1]. Năm 2008, ông đoạt các giải quốc tế Quỹ Gairdner, giải Albert Lasker cho nghiên cứu Y học cơ bản cho công trình phát hiện nói trên. Năm 2008 ông cũng đoạt Huy chương Benjamin Franklin về Khoa học đời sống.

Dr. Ambros được bầu vào Hàn lâm viện Khoa học quốc gia Hoa Kỳ năm 2007.