Vyštudoval medicínu na univerzite v Madride.
Ešte ako študent, na konci 20. rokov urobil svoj prvý objav, vyvinul metódu na meranie malých množstiev kreatínu v svaloch. To ho tiež nasmerovalo do výskumu miesto k lekárskej praxi. Úspech s kreatínom mu priniesol pozvanie Otta Meyerhofa (nositeľa Nobelovej ceny za rok 1922) do jeho laboratória v Inštitúte pre biológiu cisára Viliama v Berlíne, kde strávil rok. Postgraduálne štúdium potom začal na London National Institute for Medical Research. Tu sa začal zaujímať o enzýmy, čo bol začiatok jeho kľúčového záujmu. Roku 1933 sa vrátil do Madridu, čoskoro však vypukla občianska vojna. Ochoa Španielsko preto opustil a po peripetiách na mnohých výskumných inštitúciách v Európe (Heidelberg, Oxford) nakoniec zamieril do USA, na New York University, kde sa venoval chemickej syntéze RNA, za čo tiež nakoniec získal Nobelovu cenu.
Roku 1956 získal americké občianstvo, v závere života sa však vrátil do Madridu, kde roku 1993 zomrel.
Výskum
Vedecký prínos Severo Ochoa je uznavaný predovšetkým v týchto oblastiach:
Objavil dva enzýmy citrátsyntetázu a pyruvátdehydrogenázu pomocou výskumu metabolickej enzýmológie. Tieto dva enzýmy umožnili dokončiť opis Krebsovho cyklusu, ktorý predstavuje základný biologický proces v metabolizme živých organizmov.
Objavil enzým polynukleotid-fosforylázu a opísal syntézu RNA. Tento objav mu spolu s jeho žiakom Arthurom Kornbergom vyniesol v roku 1959 Nobelovu cenu za medicínu.
