Az Adelaide-i és az Oxfordi Egyetemen orvosi tanulmányokat folytatott 1924-ig. Ezután a Cambridge-i és a Sheffieldi Egyetemen oktatott és kutatott, majd 1935-től 1962-ig a patológia professzora volt Oxfordban. 1962-ben az oxfordi Queen's College igazgatója, 1965-ben a canberrai Ausztrál Nemzeti Egyetem rektora lett s maradt egészen haláláig. 1944-ben lovaggá ütötték, 1965-ben pedig bárói rangra emelték.
Florey a szöveti gyulladást és a nyálkahártyák működését kutatta. Sikerült
tisztán előállítania a könnyben és a nyálban levő lizozim nevű
baktériumpusztító enzimet, és leírta azokat az anyagokat, melyek ennek az
enzimnek a működése révén fejtik ki hatásukat. 1939-ben a természetben
szintén előforduló további baktériumellenes anyagokat vizsgált, főként a
penicillint. Chainnel együtt humán klinikai kísérletekben mutatta ki a
penicillin gyógyító hatását, és gyártására módszereket dolgozott ki. A II.
világháború befejeztével, kutatócsoportjának észak-afrikai munkája nyomán a
penicillin általánosan használatossá vált a klinikai gyakorlatban.