Después de servir en la Marina de Estados Unidos de 1944 a 1945, Minsky se matriculó en 1946 en la Universidad de Harvard para explorar sus muchos intereses intelectuales. Tras realizar investigaciones en física, neurofisiología y psicología, Minsky se graduó con honores en matemáticas en 1950. En 1951 ingresó en la Universidad de Princeton, y ese mismo año construyó el primer simulador de redes neuronales. En 1954, con un doctorado en matemáticas por Princeton, Minsky volvió a Harvard como miembro de la prestigiosa Society of Fellows. En 1955 inventó el microscopio de barrido confocal.

En 1957 Minsky se trasladó al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) para proseguir con su interés en utilizar los ordenadores para modelar y comprender el pensamiento humano. Entre otros interesados en la IA se encontraba John McCarthy, un profesor de ingeniería eléctrica del MIT que había desarrollado el lenguaje de programación informática LISP y contribuido al desarrollo de los sistemas informáticos de tiempo compartido (sistemas en los que varios usuarios interactúan con un único ordenador central). En 1959 Minsky y McCarthy cofundaron el Proyecto de Inteligencia Artificial (actual Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT). Rápidamente se convirtió en uno de los principales centros de investigación y formación en el incipiente campo de la IA. Minsky permaneció en el MIT durante el resto de su carrera, convirtiéndose en Profesor Donner de Ciencias en 1974 y en Profesor Toshiba de Artes y Ciencias de los Medios en el Laboratorio de Medios del MIT en 1990.

Minsky definió la IA como «la ciencia de hacer que las máquinas hagan cosas que requerirían inteligencia si las hicieran los hombres». A pesar de algunos éxitos iniciales, a los investigadores de la IA les resultaba cada vez más difícil captar el mundo exterior en la fría y dura sintaxis de los lenguajes de programación informática más potentes. En 1975 Minsky desarrolló el concepto de «marcos» para identificar con precisión la información general que debe programarse en un ordenador antes de considerar direcciones específicas. Por ejemplo, si un sistema tuviera que navegar por una serie de habitaciones conectadas por puertas, Minsky sugirió que el marco tendría que articular la gama asociada de posibilidades para las puertas, es decir, todo el conocimiento de sentido común que un niño aporta cuando se enfrenta a una puerta: que la puerta puede girar en cualquier dirección sobre una bisagra, que la puerta puede abrirse y cerrarse, y que un pomo de la puerta puede tener que ser girado antes de empujar o tirar para abrir la puerta. Los marcos demostraron ser un concepto rico entre los investigadores de la IA, aunque su aplicación a situaciones muy complejas ha resultado difícil.

Basado en sus experiencias con los marcos y la psicología infantil del desarrollo, Minsky escribió La sociedad de la mente (1985), en la que presentó su visión de la mente como compuesta por agentes individuales que realizan funciones básicas, como el equilibrio, el movimiento y la comparación. Sin embargo, los críticos sostienen que la idea de la «sociedad de la mente» es más accesible para los profanos y apenas útil para los investigadores de la IA. Otros libros de Minsky son Perceptrons: An Introduction to Computational Geometry (1969; coescrito con Seymour Papert) y The Emotion Machine (2006), en el que propuso teorías sobre las emociones humanas de alto nivel.

Minsky fue miembro de la Academia Nacional de Ingeniería y de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos y miembro de la Academia Americana de Artes y Ciencias y del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos. Además del Premio A.M. Turing, recibió el Premio Japón (1990) y la Medalla Benjamin Franklin (2001).