从贝尔法斯特技术学校毕业。 之后贝尔进入
贝尔法斯特女王大学就读，1948年取得了实验物理的学士学位，隔年再取得了数学物理学位。 接着他到了
伯明翰大学研究核物理与量子场论，并在1956年获得博士学位。 这段期间里，他认识了在从事
粒子加速器研究的物理学家玛莉·罗斯，两人在1954年结婚。
此后，他先后任职于英国原子能科学研究院（AERE）和欧洲高能物理中心(CERN)。在欧洲高能物理中心(CERN)，他多年从事加速器设计工程有关的工作，与理论物理，特别是量子论的理论基础的工作，相差甚远。贝尔只能利用业余时间来研究理论物理，正是这一业余研究使贝尔留名于物理史。1964年，他提出了轰动世界的
贝尔不等式，对
EPR悖论的研究做出了重要贡献。
约翰·斯图尔特·贝尔于1964年一个强有力的数学不等式，后来以他的名字命名为
贝尔不等式，又称
贝尔定理。该定理在定域性和实在性的双重假设下，对于两个分隔的粒子同时被测量时其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制。而
量子力学预言，在某些情形下，合作的程度会超过贝尔的极限，也即，量子力学的常规观点要求在分离系统之间合作的程度超过任何“定域实在性”理论中的逻辑许可程度。贝尔不等式提供了用实验在量子不确定性和
爱因斯坦的定域实在性之间做出判决的机会。实验表明量子力学正确，决定论的定域的
隐变量理论不成立。
贝尔不等式不成立意味着，阿尔伯特·爱因斯坦所主张的局域实体论（local realism），其预测不符合量子力学理论。由于很多实验的结果与量子力学理论的预测一致，显示出的量子关联（quantum correlation）远强过局域
隐变量理论所能够解释，所以，物理学者拒绝接受局域实体论对于这些实验结果的解释。陷入找不到满意解答的窘境，倘若不接受量子力学，物理学者只能无可奈何地勉强承认这是一种非因果关系的超光速效应（superluminal effect）。
贝尔不等式可以应用于任何由两个相互纠缠的量子位元所组成的量子系统。最常见的范例是纠缠于
自旋或
偏振的粒子系统。
在贝尔前后，别的物理学家也达到了和贝尔类似的认识，比如，
李政道在贝尔之前就认识到具有定域隐变量的体系不可能有中性介子那样的量子力学关联。继贝尔之后，布歌尔(W．Buehel)与维格纳(E．P Wigner)等人对贝尔不等式给出了不同的证明，1979年后克劳塞、西蒙尼等人则导出了更为实用的广义不等式。包括法国物理学家埃斯帕纳所作的证明和洪定国所介绍的证明在内，贝尔不等式已有了多种证明方法。