TIGR i Celera Genomics
Venter odszedł z NIH w 1992 roku i przy wsparciu nastawionej na zysk firmy Human Genome Sciences w Gaithersburgu w stanie Md. założył oddział badawczy o nazwie The Institute for Genomic Research (TIGR). W instytucie tym zespół kierowany przez amerykańską mikrobiolog Claire Fraser, pierwszą żonę Ventera, zsekwencjonował genom mikroorganizmu Mycoplasma genitalium.
W 1995 roku, we współpracy z amerykańskim genetykiem molekularnym Hamiltonem Smithem z Johns Hopkins University, w Baltimore, Md., Venter ustalił sekwencję genomową Haemophilus influenzae, bakterii, która powoduje bóle ucha i zapalenie opon mózgowych u ludzi. Osiągnięcie to było pierwszym przypadkiem rozszyfrowania kompletnej sekwencji wolno żyjącego organizmu i zostało dokonane w czasie krótszym niż rok.
W 1998 roku Venter założył firmę Celera Genomics i rozpoczął sekwencjonowanie ludzkiego genomu. Celera polegała na sekwencjonowaniu całego genomu metodą „shotgun”, technice szybkiego sekwencjonowania, którą Venter opracował w TIGR. Technika shotgun jest używana do dekodowania małych odcinków DNA (o długości około 2000-10 000 par zasad) genomu organizmu. Odcinki te są później składane w sekwencję genomową o pełnej długości. Jest to przeciwieństwo starszych technik sekwencjonowania genomów, w których fizyczna mapa genomu organizmu jest generowana poprzez uporządkowanie segmentów chromosomów przed rozpoczęciem sekwencjonowania; sekwencjonowanie następnie pociąga za sobą analizę długich, 150,000 bp odcinków DNA. Celera rozpoczęła dekodowanie ludzkiego genomu w szybszym tempie niż rządowy HGP. Praca Ventera była początkowo sceptycznie postrzegana przez finansowaną przez NIH grupę HGP, kierowaną przez genetyka Francisa Collinsa; mimo to na ceremonii zorganizowanej w Waszyngtonie w 2000 roku Venter, Collins i prezydent USA Bill Clinton zebrali się, by ogłosić ukończenie wstępnego projektu sekwencji ludzkiego genomu. W ogłoszeniu podkreślono, że sekwencja ta powstała dzięki wspólnemu wysiłkowi prywatnej firmy Ventera i publicznego konsorcjum badawczego Collinsa. HGP został ukończony w 2003 roku.
W dodatku do ludzkiego genomu, Venter przyczynił się do sekwencjonowania genomów szczura, myszy i muszki owocowej. W 2006 roku założył J. Craig Venter Research Institute (JCVI), organizację non-profit wspierającą badania genomiczne. W 2007 r. naukowcy finansowani częściowo przez JCVI z powodzeniem zsekwencjonowali genom komara Aedes aegypti, który przenosi na ludzi czynnik zakaźny żółtej febry.