De 1935 à 1936, il a été membre à l'École biblique et archéologique française de Jérusalem. En 1938, il obtient le diplôme de l'EPHE, Ve section.
De 1938 à 1970, il a été directeur d'études et professeur de Religion assyro-babylonienne à l'EPHE, Ve section.
De 1938 à 1970, il est inspecteur de la typographie orientale à l'Imprimerie nationale et, de 1947 à 1960, conservateur au département des Antiquités orientales du musée du Louvre.
Jean Nougayrol a été membre de la Société asiatique et du Deutsches archäologisches Institut de Berlin, membre de la British Academy de Londres. A partir de 1965, il a co-dirigé, avec André Parrot, la Revue d'Assyriologie et d'Archéologie orientale et a été en charge de la section accadienne de la collection consacrée aux Littératures anciennes du Proche-Orient.
La production scientifique de Jean Nougayrol peut être partagée en deux groupes. D’une part, il a publié une série de textes akkadiens cunéiformes inédits, parmi lesquels des fragments du code d’Hammourabi, ainsi qu’une importante collection des documents en akkadien provenant des fouilles françaises à Ras Shamra-Ougarit (Syrie). D’autre part, il a étudié les traditions cunéiformes concernant les savoirs et les conceptions religieuses de la civilisation syro-mésopotamienne antique, montrant un intérêt particulier pour les pratiques liées à la divination.
- Cylindres sceaux et empreintes de cylindres trouvés en Palestine au cours de fouilles étrangères, 1939.
- "Textes hépatoscopiques d'époque ancienne", 1941 ; 1946 ; 1950.
- "Un chef d'œuvre inédit de la littérature babylonienne" (ibid.), 1951.
- "Le prologue du Code hammurabien, d'après une tablette inédite..." (ibid.), 1951.
- "Une version ancienne du Juste souffrant", Revue biblique, 1952.
- "Langue et écriture accadiennes" (dans Supplément au Dictionnaire de la Bible), 1952.
- Le palais royal d'Ugarit III, Textes accadiens et hourrites des archives est, ouest et centrales, 2 vol. (avec des études de G. Boyer et E. Laroche), 1955.
- "Les rapports de l'haruspicine étrusque et assyro-babylonienne, et le foie de Falerii Veteres", CRAI, 1955.
- "Présages médicaux de l'haruspicine babylonienne", Semitica, 1956.
- Le palais royal d'Ugarit IV, Textes accadiens des archives sud, 2 vol., 1956.
- "Les fragments en pierre du code hammurabien", Journal asiatique, 1957-1958.
- La divination en Mésopotamie ancienne (ouvrage collectif), 1966.
- Ugaritica V, Nouveaux textes accadiens, hourrites et ugaritiquesdes archives et bibliothèques privées d'Ugarit (en collaboration avec Ch. Virolleaud, C. Schaeffer et E. Laroche et alii), 1968.
- La divination (ouvrage collectif), 1968.
- "Nouveaux textes sur le Zihhu", Revue archéologique, 1969.
- Le palais royal d'Ugarit VI, Textes en cunéiformes babyloniens des archives du grand palais sud d'Ugarit, 1970.
- La religion babylonienne, (Encyclopédie de la Pléiade, Histoire des religions), 1970.
- "Trois nouveaux recueils d'haruspicine ancienne", Revue archéologique, 1973.
- "Deux figures oubliées" (ibid.), 1974.
- Daniel Arnaud, « Jean Nougayrol (1900-1975) », École pratique des hautes études, Section des sciences religieuses. Annuaire. t. 83, 1974-1975. 1974. p. 18-20.
- "Eloge funèbre de M. Jean Nougayrol", par P. Lemercle, CRAI, 1975, p. 46-49.
- "Nécrologie. Jean Nougayrol (1900-1975)", par A. Parrot, Syria 52, 1975, p.154-155.
- "Jean Nougayrol", H. Cazelles, Journal asiatique, 1975, p. 3-5.
- "Jean Nougayrol (1900-1975)", par P. Garelli, Revue d'Assyriologie et d'Archéologie orientale 69, 1975, p.1-4.
- "Jean Nougayrol 1900-1975", par A. Parrot, Encyclopedia Universalis, Universalia, 1976, p. 511.