TIGR e Celera Genomics
Venter deixou o NIH em 1992 e, com o apoio da empresa com fins lucrativos Human Genome Sciences, em Gaithersburg, Md., estabeleceu um braço de pesquisa, The Institute for Genomic Research (TIGR). No instituto, uma equipe liderada pela microbiologista americana Claire Fraser, primeira esposa de Venter, sequenciou o genoma do microorganismo Mycoplasma genitalium.
Em 1995, em colaboração com o geneticista molecular americano Hamilton Smith da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, Md., Venter determinou a sequência genómica de Haemophilus influenzae, uma bactéria que causa dores de ouvidos e meningite em humanos. A conquista marcou a primeira vez que a seqüência completa de um organismo de vida livre foi decifrada, e foi realizada em menos de um ano.
Em 1998 Venter fundou a Celera Genomics e começou a sequenciar o genoma humano. A Celera dependia do sequenciamento do genoma inteiro “shotgun”, uma técnica de sequenciamento rápido que Venter tinha desenvolvido enquanto estava no TIGR. A técnica da caçadeira é usada para decodificar pequenas seções de DNA (cerca de 2.000-10.000 pares de bases de comprimento) do genoma de um organismo. Estas secções são posteriormente montadas numa sequência genómica de comprimento total. Isto é em contraste com técnicas mais antigas de sequenciamento genômico, nas quais um mapa físico do genoma de um organismo é gerado pela ordenação de segmentos de cromossomos antes do início do sequenciamento; o sequenciamento então implica a análise de seções longas de 150.000 bp do DNA. Celera começou a descodificar o genoma humano a um ritmo mais rápido do que o HGP gerido pelo governo. O trabalho de Venter foi visto a princípio com ceticismo pelo grupo HGP financiado pelo NIH, liderado pelo geneticista Francis Collins; contudo, em uma cerimônia realizada em Washington, D.C., em 2000, Venter, Collins e o Pres. norte-americano Bill Clinton se reuniram para anunciar a conclusão de uma seqüência rascunhada do genoma humano. O anúncio enfatizou que a sequência tinha sido gerada através de um esforço concertado entre a empresa privada de Venter e o consórcio público de pesquisa da Collins. O HGP foi concluído em 2003.
Além do genoma humano, Venter contribuiu para a sequência dos genomas do rato, rato e mosca-das-frutas. Em 2006 ele fundou o J. Craig Venter Research Institute (JCVI), uma organização sem fins lucrativos de apoio à pesquisa genômica. Em 2007, pesquisadores financiados em parte pelo JCVI sequenciaram com sucesso o genoma do mosquito Aedes aegypti, que transmite o agente infeccioso da febre amarela aos humanos.