Sekwencjonowanie całego genomu polega na odczytaniu sekwencji, czyli kolejności ułożenia nukleotydów w materiale genetycznym. Dokonuje się tego podczas jednego badania. Ten typ sekwencjonowania można było zacząć stosować w odniesieniu do materiału genetycznego człowieka od 2003 r., to jest od czasu, kiedy naukowcom udało się odczytać zapis sekwencji w całym ludzkim genomie. Z uwagi na obszerność informacji genetycznej zawartej w genomie, sekwencjonowanie tego typu wymaga zastosowania wysokowydajnych, nowoczesnych technik odczytywania ułożenia nukleotydów w łańcuchu DNA, tzw. Sekwencjonowania Nowej Generacji (NGS) – wysokoprzepustowego, szybkiego i dokładnego. 

Sekwencjonowanie całego genomu nie jest badaniem tanim, ale wystarczy je wykonać raz, a uzyskane dane pozostaną aktualne przez całe życie człowieka, nawet jeśli lekarze będą dysponować nowymi informacjami dotyczącymi działania konkretnych genów. 

Zalety sekwencjonowania całego genomu:

• ułatwienie identyfikacji genów potencjalnie odpowiedzialnych za powstanie niektórych rzadkich i trudnych do zdiagnozowania chorób, których nie da się wykryć tradycyjnym badaniem DNA, np. dotyczących istoty białej w mózgu;
• duża oszczędność czasu i środków w porównaniu do metod tradycyjnych;
• ograniczenie do minimum ryzyka, że podczas odczytu DNA pominięte zostaną małe, praktycznie niezauważalne fragmenty nici – sekwencjonowaniu poddawane są wszystkie fragmenty DNA niezależnie od ich długości;
• umożliwia identyfikację różnych wariantów kolejności ułożenia nukleotydów na nici DNA genów; 
• umożliwia odkrycie, czy bliźniaczo podobne organizmy należy traktować jako przedstawicieli tego samego gatunku lub też różnych.