S. James Gates, Jr. è nato a Tampa, in Florida, nel 1950, ma è vissuto in molte località per seguire il padre che faceva parte delle Forze Armate statunitensi e che è stata la persona che ha maggiormente influenzato la sua vita e la sua carriera.
Originario di una famiglia di agricoltori, all’età di sedici anni il padre di Gates si è arruolato nelle Forze Armate americane, poco prima della entrata degli Stati Uniti nella Seconda Guerra Mondiale, partecipando allo sbarco in Normandia. Dopo la guerra, ha percorso una brillante carriera all’interno delle Forze Armate risalendo dal più basso livello di arruolamento, soldato semplice, al più alto grado di arruolamento nel 1961, Sergente Maggiore, al termine della sua carriera.

Gates ha due fratelli, Ronald Joseph e William Bruce, rispettivamente di uno e quattro anni più giovani e una sorella, Sylvia Diane, di due anni più giovane.
Cresciuto nelle basi dell’esercito, in quel periodo scopre i libri di fantascienza di Isaac Asimov, che lo aiutano a migliorare la lettura e si appassiona dei film di fantascienza e dei fumetti.
Il suo interesse verso la scienza inizia precocemente e decide di diventare un astronauta, sempre più attratto dalla bellezza della matematica, passaggio inevitabile verso i viaggi spaziali.
A undici anni Gates perde sua madre, un’esperienza molto dolorosa dalla quale sfugge rifugiandosi in una complessa vita fantastica. Negli anni che precedono il college Gates si interessa dei programmi sperimentali dello X-15, studia la storia della guerra aerea della Seconda Guerra Mondiale in Europa e segue le imprese della Nasa che portarono l’uomo nello spazio.

Gli anni trascorsi nella scuola segregata di Hannibal lo influenzano profondamente sul problema razziale.
Diplomatosi nel 1969 con il massimo dei voti, invia la propria domanda d’ammissione al MIT di Boston, dove viene subito accettato, laureandosi in un clima di violenza dovuta alle proteste contro la segregazione razziale, ancora in vigore in molte scuole della nazione. Era anche il periodo delle manifestazioni contro la guerra in Vietnam e delle organizzazioni come le Pantere Nere, la Repubblica della Nuova Africa, la Nazione dell’Islam, e Malcolm X, l’apice della rivoluzione nera e dei movimenti pacifisti nei campus universitari di tutta la nazione.
Avendo superato i due corsi di matematica e di fisica, Gates decide di restare al MIT per il programma completo di fisica che offriva una vasta gamma di aree di specializzazioni. Alla ricerca di un’area in cui svolgere un lavoro originale Gates trova un tema chiamato supersimmetria, proposto da poco, un argomento nuovo, poco studiato e che offriva molte possibilità di ricerca di base, divenendo l’unica persona nel dipartimento interessata alla supersimmetria e alla supergravità. Il suo primo saggio del 1977 in cui propone il fattore supersimmetrico di fase di gauge (o SUSY Wilson loop factor) è ancora citato nella letteratura di settore.

Dal 1980 al 1982 Gates si trasferisce al Caltech, il Califonia Institute of Technology su invito di John Schwarz, che pochi anni dopo sarebbe diventato famoso per la sua proposta delle superstringhe. Al Caltech continua il lavoro sulla supersimmetria in collaborazione con tre altri fisici, tra i quali Warren Siegel.
Recentemente anche il grande pubblico si è interessato alla teoria delle stringhe, e persino l’ex presidente William J. Clinton e la ex fist lady Hillary Rodham Clinton lo hanno voluto conoscere invitandolo alla Casa Bianca.
Al momento Gates sta lavorando su vari filoni di ricerca, il più complesso dei quali è la ricerca del principio fondamentale su cui si basano le superstringhe e la teoria M. Fino a oggi, nessun fisico ha trovato la soluzione. Albert Einstein ci ha fornito una spiegazione comprensiva della sua teoria della relatività generale con quello che è chiamato il principio di equivalenza. Un principio analogo, chiamato invarianza di gauge locale, sottende tutte le restanti forze in natura, compreso l’elettromagnetismo.
Il lavoro di cui va più orgoglioso però è la collaborazione con Warren Siegel per definire una formulazione matematica completa, in un contesto del tutto geometrico e con una struttura sorprendente e molto elegante, di una teoria nota come supergravità.
Un secondo lavoro è stato il formalismo del modello sigma per superfici d’universo nella teoria delle stringhe.
Più recentemente, Gates è riuscito a risolvere una questione sulla quale lavora dal 1984, e che riguarda la supersimmetria nel contesto della cromodinamica quantistica.
Nel 1995 ha iniziato un’altra serie di ricerche con l’aiuto dei suoi studenti, nel tentativo di esplorare alcuni settori della matematica, introducendo i grafi, ovvero diagrammi che codificano equazioni matematiche.