Er ging in Hubballi in Karnataka zur Schule und studierte Physik am Indian Institute of Technology in New Delhi mit dem Masterabschluss in Physik 1978. Im Jahr 1983 wurde er an der University of California, Berkeley, promoviert. Er war Robert Millikan Fellow und ab 1987 Assistant Professor für Astronomie und später Professor am Caltech. Er ist seit 2006 Direktor der optischen Observatorien des Caltech, einschließlich der Mount Palomar und Keck Observatorien. Ab 2004 ist er Direktor des NASA Exoplanet Science Center.
Kulkarni ist beobachtender Astronom, der vor allem kompakte Objekte (Neutronensterne, Gamma Ray Bursts) und transiente Phänomene (wie Exoplaneten mit interferometrischen und adaptiven optischen Techniken) beobachtet in einer breiten Palette von Wellenlängen. Er begann als Radioastronom und untersuchte interstellares Gas, wobei er vier Arme der Milchstraße entdeckte. Er war 1982 an der Entdeckung des ersten Millisekunden-Pulsars beteiligt (PSR B1937+21)[1], fand die ersten optischen Bilder von Pulsar-Binärsystemen[2] und den ersten Pulsar in einem Kugelsternhaufen[3]. Kulkarni zeigte, dass Soft Gamma Ray Repeater Reste von Supernovae sind[4] und er festigte mit Kollegen die Verbindung von Gamma Ray Bursts mit Supernovaresten[5][6]. 1997 zeigte er mit seinem Team, dass Gamma Ray Bursts von außerhalb unserer Milchstraße kommen[7][8] und er konnte optische Gegenstücke identifizieren. Er war Teil des Teams, das den ersten Braunen Zwerg fand (Gliese 229)[9].
Er ist zurzeit an der Palomar Transient Factory (PST) beteiligt, einer automatisierte Weitwinkelbeobachtung des Himmels nach optisch variablen und transienten Quellen auf dem Mount Palomar (Oschin-Teleskop und 1,5-m-Teleskop) ab 2009.[10] Er arbeitet auch an der Verbesserung weiterer astronomischer Beobachtungstechniken.
Er war seit 2000 an der Planung der 2010 aufgegebenen Space Interferometry Mission beteiligt (ein Satellit insbesondere zur Erkundung von Planeten um ferne Sonnen).
