Γεώργιος Παπανικολάου, έμεινε γνωστός για τη μέθοδο πρώιμης διάγνωσης του καρκίνου του τραχήλου της μήτρας.
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 Μαντούς Μαυρογένους 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 Τ. 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 Κορνέλ 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 Κορνέλ, 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 τον θάνατό του στις 19 Φεβρουαρίου του 1962, μετονομάσθηκε σε Καρκινολογικό Ινστιτούτο «Γεώργιος Παπανικολάου».