Narodil se v městě Lake City, ležícím v americkém státě Jižní Karolína. Zde absolvoval nejprve základní a poté i střední školu, kterou ukončil roku 1967. Dále pokračoval ve studiích na Zemědělské a technické státní univerzitě v Severní Karolíně, kde roku 1971 získal bakalářský titul z fyziky. Jeho další kroky směřovaly na Massachusettský technologický institut (MIT), kde se zabýval laserovou technologii, kvantovou fyziku a po úspěšném obhájení zde roku 1976 obdržel titul Ph. D. V následujících letech získal ještě tři čestné doktoráty.
Byl sportovně nadaný, mimo jiné běhal, boxoval, vedl školní fotbalový klub a byl držitelem černého pásu v karate. Uměl také výborně hrát na saxofon.
Po studiích působil na Hughesově výzkumné laboratoři v Malibu (Kalifornie), kde zkoumal například možnosti komunikace satelitů ve vesmíru pomocí elektro-optického laserového systému.
V lednu 1978 se dostal do oddílu astronautů NASA a prošel výcvikem na letového specialistu.
Svůj první kosmický let absolvoval McNair ve dnech 3. až 11. února 1984 na palubě raketoplánu Challenger při misi STS-41-B. Hlavním cílem výpravy bylo vypuštění telekomunikačních družic Westar 6 a Palapa B2, a také zkoušky pilotované manévrovací jednotky, známé pod zkratkou MMU (Manned Maneuvering Unit). Při jednom z testů například McNair ovládal manipulátor, na kterém byl připoután astronaut McCandless. Díky tomuto letu se McNair stal druhým Američanem tmavé pleti, který se dostal do kosmického prostoru.
Podruhé se měl McNair do kosmu vydat opět raketoplánem Challenger, a to 28. ledna 1986. Tento let se však stal jednou z největších tragédií kosmonautiky. Vinou selhání pryžového těsnění na jedné z pomocných startovacích raket (SRB) došlo k tomu, že spoj mezi dvěma jejími segmenty nebyl dostatečně pevný. Začaly jím pronikat plameny a způsobily poškození závěsu, který SRB přidržoval. Raketa ztratila stabilitu, zabořila se špičkou do vnější nádrže a 73 sekund po startu raketoplán explodoval. Nikdo ze sedmičlenné posádky nepřežil.
Na McNairovu památku byla po něm pojmenována řada budov, kráter na Měsíci nebo vysokoškolské studium. Zmínku o něm nalezneme i na jednom albu francouzského hudebníka Jean-Michela Jarreho. McNair měl totiž původně hrát v kosmu na saxofon a díky živému vstupu se stát součástí jednoho Jarreho koncertu.
