A greenwichi csillagvizsgáló intézetének igazgatója Haggerston-ban született, tanulmányait a londoni St. Paul's School-ban kezdte. 1673-tól az oxfordi Queen's College-ban tanult, ahol John Flamsteed támogatásával, aki katalógust készített az északi éggömb csillagairól, Halley elvállalta a déli félgömb hasonló vizsgálatát. 1676. novemberben Szent Ilona szigetére hajózott, ahol 341 csillag koordinátáit jegyezte fel, emellett megfigyelte a Merkúr Nap előtti átvonulását, és megállapította, mely csillagok halványultak el jelentősen az ókori megfigyelések óta. 1684-ben kereste fel először Newtont Cambridge-ben, s szerepe volt a tömegvonzás elméletének megalkotásában. Halley biztatására Newton kiegészítette vizsgálatait, így született meg a kor legfontosabb tudományos műve, a Principia. 1698-1700 között tengeri expedíciót vezetett a déli Atlanti-óceánra, a mágneses elhajlás (deklináció) vizsgálatára. Az úton meghatározták a felkeresett kikötők földrajzi hosszúságát és szélességét. 1701-ben jelentette meg az első térképeket, amelyek az Atlanti- és a Csendes-óceán azonos deklinációjú pontjait görbékkel kötötték össze. 1705-ben jelentette meg Az üstökösök csillagászatának összegzése című művét, melyben 24, 1337 és 1698 között megfigyelt üstökös pályáját írta le. Kimutatta, hogy három régi üstökösnek, amelyek 1531-ben, 1607-ben és 1682-ben jelentek meg, annyira hasonló a pályája, hogy csak ugyanannak az égitestnek egymást követő visszatérései lehetnek. Megállapította, hogy 76 évenként jelentkezik, s megjósolta, hogy legközelebb 1758-ban fog újból felbukkanni. A ma Halley-üstökösnek nevezett vándor 1758 végén valóban megjelent, később más, még korábbi megjelenéseit is azonosították. (Utoljára 1986-ban járt Föld-közelben.) 1720-ban Flamsteed utóda lett Greenwichben, és további jelentős megfigyeléseket végzett, többek között megmérte a Hold delelési időpontjait egy adott délkörön. Greenwich-ben hunyt el 1742. január 14-én.