1913-ban szerezte meg doktori fokozatát a University of Wisconsin-Madison-on. Néhány évig a Syracuse University-n, majd 1955-ben történt nyugdíjazásáig a University of California, Berkeley-n oktatott, végül, mint a fizikai intézet vezetője. A Bohr-féle atommodell híve volt. Jelentős munkát végzett a molekuláris spektroszkópia területén, a Birge-Sponer módszer egyik kifejlesztője volt. A University of California Berkeley fizikai intézetének vezetése idején megnyerte az egyetemnek Ernest Lawrence-t és Robert Oppenheimert. Birge tanítványa volt a két későbbi kémiai Nobel-díjas William Francis Giauque és Harold Clayton Urey.