Γεννήθηκε στις 13 Μαΐου του 1883, στην Κύμη, σπούδασε Ιατρική στο Πανεπιστήμιο Αθηνών, παρακολούθησε μαθήματα βιολογίας στην Γερμανία όπου και γράφτηκε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Μετά την ανακήρυξή του σε διδάκτορα του Πανεπιστημίου, επέστρεψε στην Αθήνα το 1910. Η ιατρική του πορεία συνεχίστηκε και στην Αμερική όπου εργάσθηκε ως βοηθός στο κλάδο της ανατομίας στο Πανεπιστήμιο Κορνέλ ενώ στην συνέχεια εκλέχθηκε υφηγητής, έκτακτος καθηγητής και τέλος τακτικός καθηγητής της ανατομίας και ιστολογίας της ιατρικής σχολής του αμερικάνικου Πανεπιστημίου.

Το επόμενο πεδίο που στράφηκε ο Γεώργιος Παπανικολάου ήταν τα προβλήματα αναπαραγωγής που είχαν σχέση με τη λειτουργία των γεννητικών οργάνων, των ενδοκρινών αδένων και των ορμονών. Η ιατρική κοινότητα δέχθηκε με επιφύλαξη τις πρώτες ανακοινώσεις για χρήση κυτταρολογικής μεθόδου προς διάγνωση του καρκίνου της μήτρας το καθώς, μέχρι τότε, τέτοια διάγνωση θεωρούνταν δυνατή, μόνο με την τομή του  οργάνου.

Ο Έλληνας γιατρός όμως συνέχισε την έρευνα στις κυτταρολογικές αλλοιώσεις στο καρκίνο του αυχένα της μήτρας και του ενδομητρίου ενώ πλέον θεωρήθηκε από τους συναδέλφους του ο θεμελιωτής νέου επιστημονικού κλάδου της «αποφολιδωτικής κυτταρολογίας». Το 1954, ο Παπανικολάου δημοσίευσε το έργο του «Άτλαντας της Αποφολιδωτικής Κυτταρολογίας» (Atlas of Exfoliative Cytology), εδραιώνοντας και επίσημα πλέον τη νέα ιατρική πρακτική και ειδικότητα, την οποία ο ίδιος ανακάλυψε και ανέδειξε. Γι’αυτό και η νέα μέθοδος πήρε το όνομα του, δηλ. «Μέθοδος Παπανικολάου» ή «Τεστ Παπανικολάου» ή όπως είναι ευρέως γνωστό «Τεστ Παπ». 

Ο Παπανικολάου έλαβε πολλές διακρίσεις για την συνειοσφορά του στον αγώνα εναντίον της πρόληψης του καρκίνου , μεταξύ των οποίων και το μετάλλιο Τιμής της Αμερικανικής Εταιρίας Καρκινολογίας το 1952.Μέχρι σήμερα το τεστ-Παπ χρησιμοποιείται σε όλον τον κόσμο για την διάγνωση του καρκίνου της μήτρας και άλλων κυτταρολογικών ασθενειών του γυναικείου αναπαραγωγικού συστήματος, σώζοντας εκατομμύρια γυναίκες.