Özgür E. Müctecaplıoğlu, doktorasını 1999 yılında, Prof. Alexander S. Shumovsky danışmanlığında kuantum optiği alanında Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü’nde tamamladı. 1999-2002 yılları arasında Georgia Teknoloji Enstitüsü'nde doktora sonrası araştırmacı olarak atomik Bose-Einstein Yoğunlaşmaları ve dejenere Fermi gazları üzerine çalıştı.
2002 yılında Koç Üniversitesi’ne katıldı, Quantum Enabling System Technologies Group (QuEST) adlı araştırma grubunu kurdu ve 2012 yılında Fizik Profesörü unvanını aldı. 2009’da ETH Zürih, 2014’te Princeton Üniversitesi, 2016’da Queen’s University Belfast ve 2022’de Humboldt Üniversitesi Berlin’de misafir araştırmacı olarak bulundu. 2021 yılından bu yana TÜBİTAK Temel Bilimler Araştırma Enstitüsü (TBAE)’nde ilişikli araştırmacı olarak görev yapmaktadır. 2017-2021 yılları arasında Avrupa Birliği’nin Uzay için Kuantum Teknolojileri ve Atomik Kuantum Teknolojileri araştırma ağlarının yönetim kurullarında Türkiye’yi temsil etti.180'in üzerinde bilimsel makalesi yayımlanmış olup, bunların arasında önde gelen fizik ve popüler bilim dergilerinde kapak makaleleri de bulunmaktadır. 2004 yılında Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) tarafından Üstün Genç Bilim İnsanı Ödülü, 2007’de TÜBİTAK Teşvik Ödülü, 2009’da ODTÜ Mustafa Parlar Araştırma Ödülü ve 2019’da Koç Üniversitesi Üstün Başarı Ödülü’ne layık görülmüştür. 2012 yılında Amerikan Fizik Derneği (APS) tarafından Türkiye’den bu listeye giren ilk araştırmacı olarak “Distinguished Science Reviewers” listesine dahil edilmiş, 2023 yılında ise Institute of Physics (IOP) tarafından “Trusted Reviewer” olarak tanınmıştır. 2023 yılında, kuantum optiği ve termodinamik alanlarında ışık ve atomik sistemler kullanarak yüksek performanslı fotonik, termal, algılama ve hesaplama kuantum teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik çalışmaları nedeniyle TÜBİTAK 100. Yıl Bilim Ödülü’ne layık görülmüştür.