Szent-Györgyi wurde im Jahr 1937 als erster ungarischer Wissenschaftler mit dem Nobelpreis geehrt. Das Stockholmer Komitee würdigte seine Entdeckungen im Zusammenhang mit den biologischen Verbrennungsprozessen, insbesondere hinsichtlich des Vitamins C und der Fumarsäureklatalyse.

Szent-Györgyi gelang es zum einen, Ascorbinsäure in kristalliner Form zu isolieren und ihre Identität mit dem Vitamin C nachzuweisen. Daneben forschte er an einer gelben Substanz, die er Cytoflav nannte und die sich später als Vitamin B2 herausstellte. Beides half ihm zum anderen, die Zusammenhänge zwischen den Entdeckungen Otto Warburgs und Heinrich Wielands zu enthüllen und ein komplettiertes Bild von der Zellatmung zu zeichnen, die im Organismus mit stufenweise Energiefreisetzung und geringer Temperatur ablaufen musste.

In langen Versuchsreihen bewies Szent-Györgyi, dass die Verbrennung im Organismus über Wasserstoffabsorption aus organischen Stoffen (Dehydrogenase) erfolgt. Mittels mehrerer Katalysatoren – schneller Überträger, die sich selbst nicht dauerhaft verändern – gelangt der Wasserstoff zum aktivierten Sauerstoff aus Warburgs „rotem System“ und ermöglicht die Oxidation mit gebremster Energieabgabe.

Als Katalysatoren sind an der Oxidationskette neben Warburgs Atmungsferment (Coenzym) und Hugo Theorells „gelbem Enzym“ verschiedene Pflanzensäuren und Vitamine beteiligt. Szent-Györgyi deckte damit die Wirkungsweise der Vitamine im Organismus auf.

Seine Forschung über den Muskel schuf die Grundlage für den so genannten Zitronensäurezyklus. Er ermöglichte das Konservieren biologischer Substanzen in Glycerin, was z.B. in der Viehwirtschaft zur Konservierung von Spermien genutzt wurde, und entwickelte Theorien über Energieprobleme sowie Steuerungs- und Hormonfunktionen im Organismus. Später arbeitete er u.a. über Herzmuskelerkrankungen und Muskelschwund. In den 70er Jahren wandte er sich der Krebsforschung zu.

Szent-Györgyi war der Sohn eines Großgrundbesitzers, sein Großvater und sein Onkel waren Anatomieprofessoren. Er studierte ab 1911 bis Kriegsausbruch und Einberufung 1914 im Labor seines Onkels. Nach einer Verwundung 1917 entlassen, beendete er sein Studium in Budapest und arbeitete danach in Pozsony als Pharmakologe, in Prag in der Elektrophysiologie sowie in Berlin. In Hamburg folgten zwei Jahre am Institut für Tropenhygiene, wo er sich Fragen der physikalischen Chemie widmete.

Über eine Assistenz am Pharmakologischen Institut der Universität Leiden (1920) und nach vier Jahren (1922-26) am Physiologischen Institut in Groningen in den Niederlanden kam Szent-Györgyi 1927 als Rockefeller Fellow zu Frederick Hopkins nach Cambridge in Großbritannien. Die Arbeit dort unterbrach er für ein Jahr an der Mayo Foundation in Rochester/Minnesota. An der Universität Szeged übernahm er 1930 den Lehrstuhl für medizinische Chemie, 1935 auch den für organische Chemie. Nach dem Zweiten Weltkrieg lehrte er medizinische Chemie in Budapest. 1947 ließ er sich in den USA nieder und wurde Leiter des Instituts für Muskelforschung in Woods Hole. Während seiner Laufbahn war Szent-Györgyi einflussreiches Mitglied internationaler wissenschaftlicher Gesellschaften und wurde für seine Leistungen mehrfach hoch geehrt.