TIGR și Celera Genomics
Venter a părăsit NIH în 1992 și, cu sprijinul companiei cu scop lucrativ Human Genome Sciences, din Gaithersburg, Md., a înființat un departament de cercetare, The Institute for Genomic Research (TIGR). În cadrul institutului, o echipă condusă de microbiologul american Claire Fraser, prima soție a lui Venter, a secvențiat genomul microorganismului Mycoplasma genitalium.
În 1995, în colaborare cu geneticianul molecular american Hamilton Smith de la Universitatea Johns Hopkins, din Baltimore, Maryland, Venter a determinat secvența genomică a Haemophilus influenzae, o bacterie care provoacă dureri de urechi și meningită la om. Această realizare a marcat prima dată când a fost descifrată secvența completă a unui organism cu viață liberă și a fost realizată în mai puțin de un an.
În 1998, Venter a fondat Celera Genomics și a început secvențierea genomului uman. Celera s-a bazat pe secvențierea „shotgun” a întregului genom, o tehnică de secvențiere rapidă pe care Venter o dezvoltase în timp ce lucra la TIGR. Tehnica „shotgun” este utilizată pentru a decoda secțiuni mici de ADN (aproximativ 2.000-10.000 de perechi de baze) din genomul unui organism. Aceste secțiuni sunt ulterior asamblate într-o secvență genomică de lungime completă. Acest lucru este în contrast cu tehnicile mai vechi de secvențiere a genomului, în care o hartă fizică a genomului unui organism este generată prin ordonarea segmentelor de cromozomi înainte de a începe secvențierea; secvențierea presupune apoi analiza unor secțiuni lungi, de 150.000 pb de ADN. Celera a început să decodifice genomul uman într-un ritm mai rapid decât HGP, administrat de guvern. Munca lui Venter a fost privită la început cu scepticism de către grupul HGP finanțat de NIH, condus de geneticianul Francis Collins; cu toate acestea, în cadrul unei ceremonii desfășurate la Washington, D.C., în anul 2000, Venter, Collins și președintele SUA, Bill Clinton, s-au adunat pentru a anunța finalizarea unei schițe de secvență a genomului uman. Anunțul a subliniat faptul că secvența a fost generată printr-un efort concertat între compania privată a lui Venter și consorțiul public de cercetare al lui Collins. HGP a fost finalizat în 2003.
În plus față de genomul uman, Venter a contribuit la secvențierea genomului șobolanului, șoricelului și al muștelor de fructe. În 2006 a fondat Institutul de Cercetare J. Craig Venter (JCVI), o organizație de sprijinire a cercetării genomice fără scop lucrativ. În 2007, cercetătorii finanțați în parte de JCVI au reușit să secvențieze cu succes genomul țânțarului Aedes aegypti, care transmite oamenilor agentul infecțios al febrei galbene.
.