TIGR och Celera Genomics
Venter lämnade NIH 1992 och etablerade med stöd av det vinstdrivande företaget Human Genome Sciences i Gaithersburg, Md., en forskningsavdelning, The Institute for Genomic Research (TIGR). Vid institutet sekvenserade ett team under ledning av den amerikanska mikrobiologen Claire Fraser, Venters första hustru, genomet hos mikroorganismen Mycoplasma genitalium.
1995 bestämde Venter i samarbete med den amerikanske molekylärgenetikern Hamilton Smith vid Johns Hopkins University i Baltimore, Md., den genomiska sekvensen av Haemophilus influenzae, en bakterie som orsakar öronvärk och meningit hos människor. Detta var första gången som den fullständiga sekvensen av en fritt levande organism kunde avkodas, och det skedde på mindre än ett år.
In 1998 grundade Venter Celera Genomics och började sekvensera det mänskliga genomet. Celera förlitade sig på ”shotgun”-sekvensering av hela genomet, en snabb sekvenseringsteknik som Venter hade utvecklat under sin tid vid TIGR. Shotgun-tekniken används för att avkoda små delar av DNA (cirka 2 000-10 000 baspar i längd) i en organisms genom. Dessa sektioner sammanställs senare till en genomsekvens i full längd. Detta står i kontrast till äldre tekniker för sekvensering av genomet, där en fysisk karta över en organisms genom skapas genom att segment av kromosomer ordnas innan sekvenseringen påbörjas; sekvenseringen innebär sedan en analys av långa DNA-avsnitt på 150 000 bp. Celera började avkoda det mänskliga genomet i snabbare takt än det statliga HGP. Venters arbete betraktades till en början med skepsis av den NIH-finansierade HGP-gruppen, som leds av genetikern Francis Collins. Vid en ceremoni i Washington D.C. år 2000 samlades dock Venter, Collins och USA:s president Bill Clinton för att tillkännage att ett grovt utkast till sekvens av det mänskliga genomet hade färdigställts. Vid tillkännagivandet betonades att sekvensen hade tagits fram genom ett samlat arbete mellan Venters privata företag och Collins offentliga forskningskonsortium. HGP avslutades 2003.
Förutom det mänskliga genomet bidrog Venter till sekvenseringen av genomet hos råtta, mus och fruktfluga. År 2006 grundade han J. Craig Venter Research Institute (JCVI), en icke-vinstdrivande organisation för stöd till forskning inom genomik. År 2007 lyckades forskare som delvis finansierats av JCVI sekvensera genomet hos myggan Aedes aegypti, som överför smittämnet gula febern till människor.