Kowarski formó parte del equipo de científicos cuyas investigaciones tuvieron por resultado la creación de la bomba atómica y la utilización de la energía nuclear. De origen ruso, nació en San Petersburgo.
Tenía quince años cuando su familia se trasladó a Bélgica, país en el que inició estudios universitarios que posteriormente continuó en Francia. En 1928 se graduó de ingeniero químico en la universidad de Lyon. Laboró como técnico en la Sociedad El Tubo de Acero mientras aumentaba sus conocimientos asistiendo a la Facultad de Ciencias de París. En la época de estudiante, bajo la dirección de Jean Perrin, emprendió investigaciones en bioquímica y física nuclear.
Inició su brillante carrera científica trabajando en el laboratorio Curie dirigido entonces por Frederic Joliot. En 1931, en colaboración con este último y con Hans von Halban, efectuó las primeras experiencias (que se extendieron durante los siguientes ocho años) por medio de las cuales pudo demostrarse al mundo científico que la fisión del uranio viene acompañada de una emisión de neutrones en número suficiente para provocar una reacción en cadena.
En 1940, al disponer de agua pesada, el mencionado equipo científico logró mostrar la eficacia de tal elemento como moderador (ralentizador) de los neutrones.
Adquirió la nacionalidad francesa en 1939. Un año después, ante la amenaza de los ejércitos alemanes que habían invadido Francia, se trasladó a Gran Bretaña llevando consigo todas las existencias de agua pesada que había entonces en el país, para continuar sus investigaciones en el laboratorio de la Universidad de Cambridge.
En 1944, en compañía de von Halban, Pierre Auger y Bertrans Goldschmidt, viajó a Canadá para ocuparse -junto a los científicos británicos-, en las experiencias que conducirían a la obtención de las primeras bombas atómicas.
Cuando finalizó la segunda guerra mundial, intervino activamente en la creación en Francia del Comisariado de Energía Atómica, donde, como director de los servicios científicos, fue responsable de la realización de las dos primeras pilas atómicas francesas, la Zoé en 1948, y la EL-2 en 1952.
Consejero de la delegación francesa ante la Comisión de las Naciones Unidas para el control de la energía atómica, contribuyó activamente a establecer el Centro Europeo de Investigación Nuclear CERN, que dirigió en 1954 y 1960, y en el que, desde 1972 hasta su muerte, figuró como físico consultante.
De 1956 a 1971 fue consejero científico de la Agencia Europea para la Energía Nuclear. De 1963 a 1965 se desempeñó como profesor en la Universidad Purdue; de 1968 a 1971, en la Universidad de Texas, y entre 1971 y 1972, en la de Boston. Falleció en Ginebra.