Ernst Boris Chain s-a născut la 19 iunie 1906, la Berlin, tatăl său, Dr. Michael Chain, fiind chimist și industriaș. A fost educat la Luisengymnasium, Berlin, unde a devenit curând interesat de chimie, stimulat de vizitele în laboratorul și fabrica tatălui său. A urmat apoi cursurile Universității Friedrich-Wilhelm din Berlin, unde a absolvit chimia în 1930. A fost interesat încă de la o vârstă fragedă de biochimie și, după absolvire, a lucrat timp de trei ani la Spitalul Charité din Berlin, în domeniul cercetării enzimelor. În 1933, după accederea la putere a regimului nazist în Germania, a emigrat în Anglia. Aici, primii doi ani i-a petrecut lucrând la fosfolipide la Școala de Biochimie din Cambridge, sub conducerea lui Sir Frederick Gowland Hopkins, pentru a cărui personalitate și abilitate științifică a ajuns să aibă o mare admirație.
În 1935 a fost invitat la Universitatea Oxford, unde a lucrat la Școala de Patologie Sir William Dunn, devenind, în 1936, demonstrator și conferențiar în patologie chimică. În 1948 a fost numit director științific al Centrului Internațional de Cercetare pentru Microbiologie Chimică de la Istituto Superiore di Sanità, Roma. În 1961 a devenit profesor de biochimie la Imperial College, Universitatea din Londra, poziție pe care o deține și în prezent.
Cercetările sale au acoperit o gamă largă de subiecte, în plus față de cele deja detaliate. Între 1935 și 1939 a lucrat la veninurile de șarpe, la metabolismul tumorilor, la mecanismul de acțiune al lizozimei și la inventarea și dezvoltarea unor metode de microanaliză biochimică. În 1939 a început, împreună cu H. W. (în prezent Sir Howard) Florey, un studiu sistematic al substanțelor antibacteriene produse de microorganisme. Acest lucru a dus la cea mai cunoscută lucrare a sa, reinvestigarea penicilinei, care fusese descrisă de Sir Alexander Fleming cu nouă ani mai devreme, și la descoperirea acțiunii sale chimioterapeutice. Ulterior, a lucrat la izolarea și elucidarea structurii chimice a penicilinei și a altor antibiotice naturale. Din 1948, temele sale de cercetare au inclus relația carbohidrați-aminoacizi în țesutul nervos, un studiu al modului de acțiune al insulinei, tehnologia de fermentație, acidul 6-aminopenicilanic și penicilinele stabile cu penicilinază, producția de acid lisergic în cultură submersă și izolarea de noi metaboliți fungici.
Profesorul Chain este autor sau coautor a numeroase lucrări științifice și a contribuit la monografii importante despre penicilină și antibiotice. În 1946 a primit Medalia Berzelius de argint a Societății Medicale Suedeze, Medalia Pasteur a Institutului Pasteur și a Societății de Chimie Biologică, precum și un premiu din partea Harmsworth Memorial Fund. În 1954 a primit premiul Paul Ehrlich Centenary Prize; în 1957, Medalia de aur pentru terapeutică a Worshipful Society of Apothecaries din Londra; iar în 1962, Medalia Marotta a Società Chimica Italiana. A fost ales membru al Societății Regale în 1949. Deține titluri onorifice de la Universitățile din Liège, Bordeaux, Torino, Paris, La Plata, Cordoba, Brazilia și Montevideo și este membru sau membru al mai multor societăți științifice din mai multe țări: Printre acestea se numără Societé Philomatique, Paris; New York Academy of Medicine; Accademia dei Lincei și Accademia dei XL, Roma; Académie de Médicine, Académie des Sciences, Paris; Real Academia de Ciencias, Madrid; Weizmann Institute of Science, Rehovoth, Israel; National Institute of Sciences, India; Società Chimica Italiana; și Finnish Biochemical Society.
Este Comandor al Légion d’Honneur și Grande Ufficiale al Merito della Repubblica Italiana.
Profesorul Chain s-a căsătorit cu Dr. Anne Beloff în 1948. Ei au doi fii, Benjamin și Daniel, și o fiică, Judith. Muzica este una dintre distracțiile sale.