Boyd-Orr a Glasgow-i Egyetemen eleinte teológiát tanult, később vette fel a táplálkozástudományt második szakként. 1914-ben lett az Aberdeeni Egyetem Takarmányozástudományi Intézetének (Institute of Animal Nutrition) igazgatója. A hírnevet a Food, Health and Income (Táplálkozás, egészség és jövedelem; 1936) c. cikkével szerezte meg, amelyben a különböző jövedelmű társadalmi rétegek táplálkozási jellegzetességeit tekintette át. Ebben kimutatta, hogy a brit népesség fele nem tudja megvenni jövedelméből az alapvető tápanyagokat tartalmazó élelmiszereket, és a népesség 10%-a rosszul táplált. Ez a jelentés és a Rowett Research Institute-ban (ez volt az Institute of Animal Nutrition jogutódja) folytatott kutatásairól szóló beszámolók képezték a II. világháborús brit élelmiszer-fejadagrendszer alapját.

 A II. világháború alatt Boyd-Orr tagja volt a kormány élelmezéspolitikai tudományos bizottságának, és az Aberdeeni Egyetemen a mezőgazdasági tanszéket vezette. 1945-ben lett a Glasgow-i Egyetem rektora, a skót egyetemek parlamentjének tagja és az ENSZ Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Szervezetének (FAO) igazgatója (itt 1948-ig volt hivatalban). 1935-ben lovaggá ütötték, 1949-ben bárói címet kapott. Főbb művei: The National Food Supply and its Influence on Public Health (A nemzet élelmiszerellátása és hatása a közegészségügyre; 1934), Food and the People (A táplálék és a nép; 1943), Food - the Foundation of World Unity (Táplálék - a világ egységének alapja; 1948), The White Man's Dilemma (A fehér ember dilemmája; 1953), As I Recall (Ahogy emlékezem; 1966).