Georges Uhlenbeck étudie à l'université de technologie de Delft puis à Leyde où il reçoit son master en 1923, tout en vivant à Rome : il y est le tuteur du fils de l'ambassadeur des Pays-Bas et il y fait la connaissance d’Enrico Fermi. Il revient à Leyde en 1925 comme assistant de Paul Ehrenfest et travaille avec Samuel Goudsmit avec lequel il partage la découverte du spin de l'électron. Il obtient son Ph.D. en 1927. À compter de cette date sa carrière se partage entre les Pays-Bas et les États-Unis :
de 1945 à 1960 il revient à Ann Arbor où il occupe la chaire Henry Cahart ;
de 1960 à 1988 il termine sa carrière universitaire à l'Institut Rockefeller pour la recherche médicale devenu université Rockefeller à New York comme professeur et membre de cet institut.