La contribution de Pauling aux développements de la science du XXe siècle est exceptionnelle. Avec Albert Einstein, il est le seul chercheur du XXe siècle à figurer sur la liste des 20 plus grands scientifiques de tous les temps du magazine britannique New Scientist. Gautam R. Desiraju, l'auteur de l'éditorial du millénaire dans Nature, y écrit que Pauling a été l'un des plus grands penseurs et visionnaires du millénaire avec Galilée, Newton et Einstein.
Pauling est également exceptionnel pour la diversité de ses travaux : mécanique quantique, chimie inorganique, chimie organique, biochimie, biologie moléculaire et médecine. Ses contributions ont été très importantes dans chacune de ces disciplines et davantage encore aux frontières entre ces disciplines. Ses travaux sur la nature de la liaison chimique ont marqué les débuts de la chimie quantique, et certaines des notions dont il est l'initiateur comme l'électronégativité et l'hybridation des orbitales atomiques sont à la base de la chimie moderne, même si l'hybridation a été supplantée par la théorie des orbitales moléculaires de Robert Mulliken. Ses travaux sur la structure des cristaux ont contribué aux progrès dans la prédiction et la compréhension de structures de minéraux. Sa découverte de l'hélice alpha et du feuillet bêta est à la base de la compréhension de la structure de l'ADN. À son époque, Pauling était fréquemment surnommé le « père de la biologie moléculaire ».
Les parents Torvalds auraient été inspirés par la figure de Linus Pauling pour choisir le prénom de leur enfant Linus Torvalds, futur créateur du noyau Linux.
Pauling fut lauréat à la fois du prix Nobel de chimie en 1954 et du prix Nobel de la paix en 1962.
Il fait donc partie des quatre seules personnes, avec Marie Curie, John Bardeen et Frederick Sanger, à avoir reçu deux prix Nobel. Marie Curie et Linus Pauling sont les deux seules personnes ayant reçu leurs prix Nobel dans deux catégories différentes. Linus Pauling est le seul à n'avoir partagé aucun de ses deux prix avec une autre personne.
Linu Pauling a également été lauréat d'un grand nombre de prix et de distinctions honorifiques, notamment :
Il fut également nommé docteur honoris causa des universités de l'Oregon, Chicago, Princeton, Londres, Cambridge, Sheffield, Yale, Oxford, Paris, Tampa, Toulouse, Liège, Montpellier, Bruxelles, Cracovie, Melbourne, Delhi, Lyon…