Egy londoni gázszerelő fiaként látta meg a napvilágot. Tanulmányait a második világháború alatt a német bombázások miatti kitelepítések zavarták meg. Nem is jutott be a jobb iskolákba, egyik tanára pedig azt mondta: nem neki való a tudomány.
Mansfield 15 évesen nyomdászinasnak állt, és csak 18 évesen, katonai szolgálata alatt kezdett újra tanulni. Esti tagozaton két év alatt leérettségizett, s beiratkozott a londoni Queen Mary Egyetem fizika szakára. 26 évesen megszerezte alapdiplomáját, diplomamunkája egy hordozható, tranzisztoros spektrométer elkészítése volt. Szakdolgozata olyan jól sikerült, hogy témavezető professzora felvette a mágneses (mag)rezonanciát (NMR) kutató csoportjába. 1962-ben megszerezte a PhD-fokozatot, és ösztöndíjat kapott az Illinois-i Egyetemre. 1964-től a Nottinghami Egyetemen tanított és kutatott, s múlhatatlan érdemeket szerzett a mágneses rezonanciás képalkotás (MRI) kidolgozásában.
A mágneses magrezonancia jelenségét 1938-ban írták le: ez a különböző atommagok azon tulajdonsága, hogy a rájuk jellemző mágneses tulajdonságokkal rendelkező térben képesek a sugárzási frekvencia elnyelésére, majd a jel megszűnte után a többletenergia leadása következtében azonos vagy kissé eltérő frekvenciájú rádióhullámú jelet sugároznak vissza. Az eljárás az 1970-es évekig az anyag szerkezeti részeiről nem szolgált információval, de 1970-ben az amerikai Raymond Damadian kimutatta, hogy MRI segítségével a rákos szövetek elkülöníthetők az egészségesektől.
Mansfield és amerikai kutatótársa, Paul C. Lauterbur továbbfejlesztette a technikát: Lauterbur fedezte fel, hogy kétdimenziós kép nyerhető a mágneses mezőben előidézett ingadozásokkal, Mansfield pedig azt mutatta ki, hogy az emberi test által a mágneses mező hatására kibocsátott jelzések matematikailag elemezhetők, ezzel lehetővé tette a hasznos képalkotó technika kifejlesztését. Az MRI-technika során „apró rádióadókká” alakítják a testszövetekben levő hidrogénatomokat (a testtömeg zömét kitevő víz alkotóelemeit), s ezen atomok nyomon követésével a tomográf meg tudja rajzolni a belső szervek képét.
Az MRI-eljárás lehetővé teszi a műtét nélküli pontos képalkotást az ember belső szerveiről, fontos szerepe van a diagnózis felállításában, a gyógyításban és a gyógyulás utáni kontrollvizsgálatokban. Mansfield és Lauterbur 2003-ban kapta meg az orvosi Nobel-díjat a mágneses rezonancia elvét hasznosító tomográfia (MRI) terén tett felfedezéseikért, mert tevékenységükkel áttörést értek el a betegek kezelése és az orvosi kutatás terén.
Érdekesség, hogy a döntés nyilvánosságra hozatala után Damadian fizetett hirdetésekben támadta meg a díjat odaítélő svéd Karolinska Intézetet, mert szerinte a két kitüntetett az ő munkájára alapozott, s csupán technológiai fejlesztéseket valósított meg. A példátlan kampányra az a szűkszavú válasz érkezett Stockholmból: a Nobel-díjról hozott döntés ellen nem lehet fellebbezni. Magyarországon az első készülék 1986-ban került a Semmelweis Egyetem Szív- és Érsebészeti Klinikájára.
