El pare d’Ernst Chain va emigrar de Rússia a Alemanya per estudiar Química, on es va casar amb una berlinesa i va establir una empresa de productes químics. Van ser les visites que el jove Chain feia al laboratori i a la fàbrica del seu pare un dels factors que van fer néixer en ell l'interès pel món de la farmàcia.   Quan el 1920 va morir en Chain, Ernst tenia 14 anys i va heretar la fortuna de la família, però la forta inflació del 1923 i 1924 gairebé van exhaurir els seus diners. Malgrat això la família encara va poder enviar al jove Chain a la universitat Friederich Wilhem.   Chain va arribar a considerar seriosament la possibilitat de fer la carrera de concertista de piano i freqüentment donava concerts, però finalment van guanyar les ciències i es va graduar al 1930.   Chain va estudiar la bioquímica dels enzims fins el 1933, any en que Hitler va pujar al poder. Encara que nascut a Berlín i nacionalitzat alemany, Chain era conscient que amb els seus orígens de rus- jueu i les seves idees polítiques tindria més oportunitats en algun altre lloc. Va emigrar a la Gran Bretanya, a on va treballar l'Hospital de la Caritat i des d'on, infructuosament durant el següent any, va intentar treure la seva mare i la seva germana d’Alemanya. La seva mare va morir en un camp de concentració i la seva germana va desaparèixer..   Fou Chain qui descobrí a Fleming el paper de la Penicil·lina, aportant les dades que en la investigació sobre antibiòtics i enzims havia obtingut amb l’ajuda de Florey i que confirmaven que la Penicil·lina no era un enzim. Chain també va plantejar una hipòtesi sobre l'estructura de la molècula de Penicil·lina, hipòtesi més tard confirmada per Dorothy Hodgkin mitjançant la difracció de raigs X.   Es deia que Ernst Chain tenia un caràcter inestable i de vegades agressiu, i que no era feliç amb els aconteixements que van tenir lloc a Anglaterra després de la guerra. Amb la seva dona, la bioquímica Anne Beloff, i els seus fills, va marxar a Itàlia a dirigir l'International Center for Chemical Microbiology, el primer centre dedicat a l'estudi dels antibiòtics. Finalment va tornar a Anglaterra el 1961 per ocupar el lloc de professor de Bioquímica a l'Imperial College de Londres.