Ernst Boris Chain se narodil 19. června 1906 v Berlíně, jeho otec Dr. Michael Chain byl chemik a průmyslník. Vzdělání získal na berlínském Luisengymnasium, kde se brzy začal zajímat o chemii, podněcován návštěvami otcovy laboratoře a továrny. Poté navštěvoval Univerzitu Friedricha Wilhelma v Berlíně, kde v roce 1930 promoval z chemie. Od mládí se zajímal o biochemii a po ukončení studia pracoval tři roky v berlínské nemocnici Charité na výzkumu enzymů. V roce 1933, po nástupu nacistického režimu k moci v Německu, emigroval do Anglie. Zde první dva roky pracoval na fosfolipidech na School of Biochemistry v Cambridgi pod vedením sira Fredericka Gowlanda Hopkinse, k jehož osobnosti a vědeckým schopnostem získal velký obdiv.
V roce 1935 byl pozván na Oxfordskou univerzitu, kde pracoval na School of Pathology sira Williama Dunna a v roce 1936 se stal demonstrátorem a lektorem chemické patologie. V roce 1948 byl jmenován vědeckým ředitelem Mezinárodního výzkumného centra pro chemickou mikrobiologii při Istituto Superiore di Sanità v Římě. V roce 1961 se stal profesorem biochemie na Imperial College, University of London, a tuto pozici zastává dodnes.
Jeho výzkum se kromě již podrobně popsaných témat týkal celé řady dalších. V letech 1935-1939 se zabýval hadími jedy, metabolismem nádorů, mechanismem působení lysozymu a vynálezem a vývojem metod biochemické mikroanalýzy. V roce 1939 začal spolu s H. W. (nyní sirem Howardem) Floreym systematicky studovat antibakteriální látky produkované mikroorganismy. To vedlo k jeho nejznámější práci, opětovnému zkoumání penicilinu, který byl popsán sirem Alexandrem Flemingem o devět let dříve, a k objevu jeho chemoterapeutického účinku. Později pracoval na izolaci a objasnění chemické struktury penicilinu a dalších přírodních antibiotik. Od roku 1948 se jeho výzkumná témata týkala vztahu sacharidů a aminokyselin v nervové tkáni, studia způsobu účinku inzulínu, technologie fermentace, kyseliny 6-aminopenicilanové a penicilinázově stabilních penicilinů, výroby kyseliny lysergové v ponořené kultuře a izolace nových metabolitů hub.
Profesor Chain je autorem nebo spoluautorem mnoha vědeckých prací a přispěl do významných monografií o penicilinu a antibiotikách. V roce 1946 mu byla udělena stříbrná Berzeliusova medaile Švédské lékařské společnosti, Pasteurova medaile Pasteurova institutu a Societé de Chimie Biologique a cena Harmsworthova pamětního fondu. V roce 1954 mu byla udělena cena Paul Ehrlich Centenary Prize, v roce 1957 zlatá medaile za terapii Worshipful Society of Apothecaries of London a v roce 1962 Marottova medaile Società Chimica Italiana. V roce 1949 byl zvolen členem Královské společnosti. Je držitelem čestných titulů univerzit v Liège, Bordeaux, Turíně, Paříži, La Platě, Córdobě, Brazílii a Montevideu a členem nebo členem mnoha učených společností v několika zemích: Patří mezi ně Societé Philomatique, Paříž; New York Academy of Medicine; Accademia dei Lincei a Accademia dei XL, Řím; Académie de Médicine, Académie des Sciences, Paříž; Real Academia de Ciencias, Madrid; Weizmann Institute of Science, Rehovoth, Izrael; National Institute of Sciences, Indie; Società Chimica Italiana; a Finnish Biochemical Society.
Je komandérem Čestné legie a nositelem řádu Grande Ufficiale al Merito della Repubblica Italiana.
Profesor Chain se v roce 1948 oženil s Dr. Anne Beloffovou. Mají dva syny, Benjamina a Daniela, a jednu dceru Judith. Hudba patří k jeho zálibám.