Ο Γεώργιος Παπανικολάου γεννήθηκε στις 13 Μαΐου 1883 στην Κύμη Ευβοίας. Ήταν γιος του γιατρού και πολιτικού Νικόλαου Παπανικολάου, ο οποίος διατέλεσε δήμαρχος Κύμης και βουλευτής του νησιού. Πέρασε τα παιδικά του χρόνια στην Κύμη, όπου και τελείωσε το Δημοτικό Σχολείο και κατόπιν οι γονείς του τον έστειλαν στην Αθήνα για να ολοκληρώσει τις εγκύκλιες σπουδές του.
Το 1898, σε ηλικία 15 ετών, γράφτηκε στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Αθηνών, από την οποία αποφοίτησε το 1904 με άριστα.
Ανήσυχο πνεύμα, μελέτησε φιλοσοφία (Νίτσε, Σοπενχάουερ), μυήθηκε στη μουσική και την ποίηση, έμαθε γαλλικά και γερμανικά, και γενικά απέκτησε μια πολύπλευρη μόρφωση και εσωτερική καλλιέργεια.
Το 1907 μετέβη στη Γερμανία για μετεκπαίδευση, παρά την επιθυμία του πατέρα του που ήθελε να ασκήσει μαζί του την ιατρική στην Ελλάδα. Τρία χρόνια αργότερα ανακηρύχθηκε διδάκτωρ Φυσικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου με την εργασία «Περί των συνθηκών της διαφοροποιήσεως του φύλου των δαφνιδών».
Αμέσως μετά επέστρεψε στην Ελλάδα, όπου νυμφεύτηκε τη Μυκονιάτισσα Μαρία-Ανδρομάχη Μαυρογένους, απόγονο της ηρωίδας του ’21, και συμμετείχε ως γιατρός στους Βαλκανικούς Πολέμους του 1912-1913.
Το 1913 μεταναστεύει στις Ηνωμένες Πολιτείες και αρχικά ασχολείται με εξωιατρικές εργασίες μαζί με τη σύζυγό του για τα προς το ζην. Εκεί τον ανακαλύπτει ο διάσημος εκείνη την εποχή γενετιστής Τόμας Χαντ Μόργκαν –ο οποίος είχε χρησιμοποιήσει στο έργο του τα πορίσματα της διδακτορικής διατριβής του νεαρού Παπανικολάου– και μεσολαβεί για την πρόσληψή του στο παθολογοανατομικό εργαστήριο του Νοσοκομείου της Νέας Υόρκης. Από εκεί βρέθηκε στο ανατομικό εργαστήριο του ονομαστού Πανεπιστημίου Cornell και επιδόθηκε απερίσπαστος στο ερευνητικό του έργο.
Το 1917 μελέτησε το κολπικό επίχρισμα των κατώτερων θηλαστικών και συσχέτισε τη μορφολογία του με τον ορμονικό κύκλο και τις ανάλογες μεταβολές στη μήτρα και τις ωοθήκες των ζώων. Στη συνέχεια πραγματοποίησε κλινικές και εργαστηριακές μελέτες για τη διαγνωστική αξία της εξέτασης των κυττάρων του κολπικού επιχρίσματος στον άνθρωπο, με πρώτο «πειραματόζωο» τη γυναίκα του.
Η έρευνά του επεκτάθηκε αργότερα σε γυναίκες του Women’s Hospital της Νέας Υόρκης και αποτέλεσε τη βάση για τη θεμελίωση της μεθόδου του για την έγκαιρη διάγνωση του καρκίνου.
Το 1928 έκανε την πρώτη του ανακοίνωση με τίτλο «Νέα διάγνωση του καρκίνου», η οποία αρχικά αντιμετώπισε τη δυσπιστία του ιατρικού κόσμου των ΗΠΑ.
Ο ίδιος, όμως, ήταν απολύτως βέβαιος για την αξία της μεθόδου του για την κυτταρολογική διάγνωση του καρκίνου της μήτρας και συνέχισε με μεγαλύτερο ζήλο τις έρευνές του.
Στη μακρόχρονη επιστημονική του σταδιοδρομία ανήλθε όλες τις βαθμίδες της ιεραρχίας στο Πανεπιστήμιο Cornell, με αποκορύφωμα τον τίτλο του καθηγητή της Κλινικής Ανατομικής (1947-1957). Το 1961 εγκαταστάθηκε στο Μαϊάμι, όπου ανέλαβε την οργάνωση του Καρκινολογικού Ινστιτούτου, το οποίο μετά το θάνατό του στις 19 Φεβρουαρίου του 1962 μετονομάσθηκε σε Καρκινολογικό Ινστιτούτο «Γεώργιος Παπανικολάου».
Παρότι δεν τιμήθηκε με βραβείο Νόμπελ, για το οποίο είχε προταθεί δύο φορές, του απονεμήθηκαν πολλά αμερικανικά ιατρικά βραβεία και μετά θάνατον το Βραβείο του ΟΗΕ. Το 1932 έγινε το πρώτο επίτιμο μέλος της Ακαδημίας Αθηνών και το 1949 η Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου Αθηνών τον ονόμασε επίτιμο διδάκτορα.
Το 1954 εξέδωσε τον Άτλαντα της αποφολιδωτικής κυτταρολογίας, που αποτελεί την ολοκλήρωση και την επισφράγιση του έργου του.
Σήμερα το «Τεστ Παπ» χρησιμοποιείται παγκοσμίως για τη διάγνωση του καρκίνου του τραχήλου της μήτρας, επί της προκαρκινικής δυσπλασίας και άλλων κυτταρολογικών ασθενειών του γυναικείου αναπαραγωγικού συστήματος.
