podczas II Wojny Światowej Capecchi mieszkał na ulicy po tym, jak jego matka została uwięziona w Dachau, nazistowskim obozie koncentracyjnym w Niemczech. Po wojnie ponownie się z nią związał, a w 1946 rodzina przeniosła się do Stanów Zjednoczonych. Po uzyskaniu tytułu licencjata w Antioch College (1961) studiował pod kierunkiem Jamesa D. Watsona na Uniwersytecie Harvarda (Ph.d., 1967). W 1969 Capecchi wstąpił na wydział medyczny Harvardu, a cztery lata później podjął pracę na University of Utah. W 1988 Capecchi został pracownikiem naukowym w Howard Hughes Medical Institute.

w latach 80.Capecchi rozpoczął wielokrotnie nagradzane badania, które przyczyniły się do wycelowania genów. Opracował technikę wykorzystującą technologię rekombinacji DNA, dzięki której DNA może być wstrzykiwany do jądra komórek ssaków, znacznie zwiększając skuteczność transferu genów. Udoskonalił swoją procedurę, włączając pracę Evansa i Smithiesa do swoich badań, a wspólny wysiłek dał początek „knockout mouse” – myszy laboratoryjnej, w której jeden lub więcej genów zostało wybiórczo inaktywowanych lub „znokautowanych”.”