梅曼出生于洛杉矶市，其父亲是一名电子工程师，在他的少年时代就通过帮助大学修理电子设备获得收入。后来他考入了科罗拉多大学博尔德分校并在1949年获得工程物理学的理学士学位，1951年他又获得了斯坦福大学的电子工程学硕士学位，4年后在同一所学校进修至哲学博士。他的博士论文为实验物理方向，导师为诺贝尔奖得主威利斯·兰姆，内容涉及到氦原子光谱在微波光学尺度的精细结构。

毕业后他进入休斯飞行器公司担任研究员。1958年查尔斯·哈德·汤斯与阿瑟·伦纳德·肖洛制造出了世界上第一台微波激射器，受到他们理论的启发，兰姆决定设计能发射可见光的激光器。但他的主管反对这项研究，于是梅曼从政府那里获得了5万美元的研究预算。他的聚光器使用人造的红宝石作为工作媒质，在其助手查尔斯（Charles Asawa）的建议下用闪光灯取代了电影放映机的灯泡。1960年5月16日，梅曼利用这台设备产生出了脉冲相干光，1960年7月7日他又在曼哈顿的一个新闻发布会上当众运行了这一设备。