Chain kémia-biológia szakon végzett a berlini Frigyes Vilmos Egyetemen, majd a berlini Charité Kórház patológiai intézetében folyó kutatásokba kapcsolódott be. Az antiszemitizmus előretörése miatt el kellett hagynia az országot, és előbb a Cambridge-i Egyetemen Sir Frederick G. Hopkins mellett dolgozott, majd az Oxfordi Egyetemre került (1935), ahol Florey társaságában a penicillinnel foglalkozott.
1948-tól 1961-ig Chain egy Rómában működő nemzetközi kutatóközpont igazgatója volt. 1961-73 között a Londoni Egyetem biokémia-professzora, 1973-76 között nyugalmazott professzor és főmunkatárs, 1978-79 között munkatárs volt. 1969-ben lovaggá ütötték.
Antibiotikumokkal végzett kutatásain kívül
Chain tanulmányozta a kígyómérgeket, a szövetekben
a folyadék eloszlását elősegítő
enzimet és az inzulint.