Er forschte unter anderem auf den Gebieten der Eichtheorie, der Stringtheorie, der Solitonen, der Schwarzen Löcher und der Starken Wechselwirkung.

Den Bachelor of Science erlangte er am Haverford College. Später studierte er in Princeton bei Sam Treiman und promovierte dort 1964. Später ging er nach Harvard. 1972 kehrte er nach Princeton zurück, wo er seitdem forscht. Prominente Doktoranden von Callan sind Juan Maldacena, Igor Klebanov und Peter Woit. 2000 erhielt er den Sakurai-Preis, 2004 wurde er mit der Dirac-Medaille ausgezeichnet.