under Anden Verdenskrig boede Capecchi på gaden, efter at hans mor blev fængslet i Dachau, en tysk koncentrationslejr. Han blev genforenet med hende efter krigen, og i 1946 flyttede familien til USA. Efter at have optjent en bachelorgrad på Antioch College (1961) studerede han under James D. ved Harvard University (Ph. D., 1967). I 1969 sluttede Capecchi sig til fakultetet ved Harvards medicinske skole og tog fire år senere en stilling ved University of Utah. I 1988 blev Capecchi efterforsker ved Hughes Medical Institute.

i 1980 ‘ erne begyndte Capecchi sin prisvindende forskning, som hjalp med at give anledning til genmålretning. Han udviklede en teknik ved hjælp af rekombinant DNA-teknologi, hvorved DNA kunne injiceres i kernen i pattedyrceller, hvilket i høj grad forbedrede effektiviteten af genoverførsel. Han forfinede yderligere sin procedure og inkorporerede Evans og Smithies arbejde i sin forskning, og den samarbejdsindsats gav anledning til “knockout—musen” – en laboratoriemus, hvor et eller flere gener var blevet selektivt inaktiveret eller “slået ud.”