1860-ban végzett a Williams College hallgatójaként, majd természettudományos és teológiai tanulmányokat folytatott. 1869-ben a Western Reserve College (később Western Reserve University) tanára lett, és nyugdíjazásáig itt tanított. Kitűnő kísérletező hírében állt; ezzel hívta fel magára Michelson figyelmét. 1887-ben végezték el a Michelson-Morley-féle kísérletet, amely semmilyen "éterhatást" nem mutatott ki a Föld mozgási irányához képest különböző irányokban mért fénysebességben. Az eredmény fontos előzménye volt Albert Einstein speciális relativitáselméletének.