Il reçoit le prix Nobel de physique en 1992 « pour son invention et le développement de détecteurs de particules, en particulier la chambre proportionnelle « multifils », avec comme double affiliation l’ESPCI et le CERN.
Tout comme Pierre-Gilles de Gennes un an plus tôt, le prix Nobel de Georges Charpak est « entier » : depuis cette date, il n'y a pas eu d’autre cas d’attribution du prix Nobel de physique à un lauréat seul.