René Bernards studeerde medische biologie aan de Universiteit van Amsterdam en promoveerde in 1984 cum laude aan de Universiteit Leiden. Vervolgens was hij zeven jaar lang werkzaam in de Verenigde Staten, als post-doc aan het Whitehead-instituut te Cambridge, bij het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en als universitair docent (assistant professor) aan de Harvard-universiteit. In 1992 werd hij hoofd van de afdeling Moleculaire Carcinogenese van het Nederlands Kanker Instituurt/Antonie van Leeuwenhoekziekenhuis (NKI-AvL) te Amsterdam. Twee jaar later werd hij ook deeltijdhoogleraar aan de Universitair Medische Centrum (UMC) Utrecht.
René Bernards pionierde het toepassen van nieuwe onderzoeksmethoden zoals micro-array en RNAi screening voor het vinden van nieuwe genen in kankerrelevante signaleringsroutes. In 2003 resulteerde dit in de oprichting van Agendia, een moleculair diagnostisch bedrijf dat genoom- en kankeronderzoek uitvoert en producent van MammaPrint, een borstkankertest die het risico op uitzaaiingen in kaart brengt. Zijn huidig onderzoek bestudeert de mogelijkheden van senescence (veroudering van cellen) als therapeutische modaliteit voor kankertherapie.
In 2005 was hij een van de drie winnaars van de prestigieuze Spinozapremie, inclusief het bijbehorende geldbedrag van anderhalf miljoen euro vrij te besteden aan wetenschappelijk onderzoek. In 2012 werd hij onderscheiden met de Koningin Wilhelmina Onderzoeksprijs (KWO-prijs) van de KWF Kankerbestrijding en in 2013 met de Prijs Akademiehoogleraren van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW).