Bishop dikenal untuk karya yang membuatnya memenangkan Penghargaan Nobel dalam Fisiologi atau Kedokteran, yakni onkogenretrovirus. Bekerja dengan Harold Elliot Varmus pada tahun 1980-an, ia menemukan onkogen manusia pertama, v-Src. Penemuan mereka memungkinkan pemahaman bagaimana ganasnya tumor yang terbentuk dari perubahan ke gen sel normal. Perubahan itu bisa disebabkan oleh virus, radiasi, ataupun pajanan beberapa bahan kimia.