Ernst Boris Chain nasceu em 19 de junho de 1906, em Berlim, sendo seu pai, Dr. Michael Chain, químico e industrial. Foi educado no Luisengymnasium, em Berlim, onde logo se interessou pela química, estimulado por visitas ao laboratório e à fábrica de seu pai. Em seguida freqüentou a Universidade Friedrich-Wilhelm, Berlim, onde se formou em química em 1930. Desde cedo se interessou pela bioquímica e após a graduação trabalhou durante três anos no Hospital Charité, em Berlim, na pesquisa de enzimas. Em 1933, após o acesso ao poder do regime nazista na Alemanha, ele emigrou para a Inglaterra. Aqui, seus dois primeiros anos foram passados trabalhando com fosfolípidos na Escola de Bioquímica, Cambridge, sob a direção de Sir Frederick Gowland Hopkins, por cuja personalidade e capacidade científica ele passou a ter uma grande admiração.
Em 1935 foi convidado para a Universidade de Oxford onde trabalhou na Escola de Patologia Sir William Dunn, tornando-se, em 1936, demonstrador e professor de patologia química. Em 1948 foi nomeado Diretor Científico do Centro Internacional de Pesquisa em Microbiologia Química no Istituto Superiore di Sanità, Roma. Tornou-se Professor de Bioquímica no Imperial College, Universidade de Londres, em 1961, cargo que ainda ocupa.
A sua investigação abrangeu uma vasta gama de tópicos para além dos já detalhados. De 1935 a 1939 trabalhou sobre venenos de cobra, metabolismo de tumores, o mecanismo de ação da lisozima e a invenção e desenvolvimento de métodos para microanálise bioquímica. Em 1939 começou, com H. W. (hoje Sir Howard) Florey, um estudo sistemático de substâncias antibacterianas produzidas por microrganismos. Isto levou ao seu trabalho mais conhecido, a reinvestigação da penicilina, que tinha sido descrita por Sir Alexander Fleming nove anos antes, e à descoberta da sua acção quimioterápica. Mais tarde ele trabalhou no isolamento e elucidação da estrutura química da penicilina e de outros antibióticos naturais. Desde 1948 seus tópicos de pesquisa têm incluído a relação carboidratos-aminoácido no tecido nervoso, um estudo do modo de ação da insulina, tecnologia de fermentação, ácido 6-aminopenicilânico e penicilinase-estável, produção de ácido lisérgico em cultura submersa, e o isolamento de novos metabólitos fúngicos.
Professor Chain é autor ou co-autor de muitos artigos científicos e colaborador de importantes monografias sobre penicilina e antibióticos. Ele foi premiado em 1946 com a Medalha de Prata Berzelius da Sociedade Médica Sueca, a Medalha Pasteur do Institut Pasteur e da Societé de Chimie Biologique, e um prêmio do Harmsworth Memorial Fund. Em 1954 recebeu o Prémio do Centenário Paul Ehrlich; em 1957 a Medalha de Ouro para a Terapêutica da Sociedade de Apotécias de Londres; e em 1962 a Medalha Marotta da Società Chimica Italiana. Foi eleito Fellow da Royal Society em 1949. É membro das Universidades de Liège, Bordeaux, Turim, Paris, La Plata, Córdoba, Brasil e Montevidéu, e é membro ou companheiro de muitas sociedades eruditas em vários países: Entre elas estão a Societé Philomatique, Paris; a Academia de Medicina de Nova Iorque; a Accademia dei Lincei e a Accademia dei XL, Roma; a Académie de Médicine, Académie des Sciences, Paris; a Real Academia de Ciências, Madrid; o Instituto de Ciências Weizmann, Rehovoth, Israel; o Instituto Nacional de Ciências, Índia; a Società Chimica Italiana; e a Sociedade Finlandesa de Bioquímica.
Ele é um Comandante da Légion d’Honneur e Grande Ufficiale al Merito della Repubblica Italiana.
Professor Chain casou com a Dra. Anne Beloff em 1948. Eles têm dois filhos, Benjamin e Daniel, e uma filha, Judith. A música é uma de suas recreações.