Halley s-a născut în Haggerston, Shroreditch, Anglia. De mic copil, Halley a fost foarte interesat de matematică. A studiat la St. Paul's School, apoi, din 1673 la Queen's College, Oxford. Fiind student, Halley a publicat lucrări cu privire la sistemul solar.
La ieşirea din Oxford, în 1676, Halley a vizitat insula St. Helena din Atlanticul de Sud şi a înfiinţat un Observator ce avea un telescop lung de 24 de picioare cu intenţia de a studia stelele din emisfera sudică.
A revenit în Anglia în noiembrie 1678. În anul următor a plecat la Danzig (Gdansk), datorită Royal Society, pentru a ajuta la rezolvarea unei dispute. Deoarece astromonul Johannes Hevelius nu a folosit un telescop, observaţiile au fost cercetate de către Robert Hooke. Halley a rămas cu Hevelius pentru a observa şi verifica calitatea observaţilor. În acelaşi an, Halley a publicat Catalogus Stellarum Australium, ce includea detalii despre 341 de stele sudice. După aceasta a fost ales membru Royal Society.
În 1686 Halley a publicat cea de-a doua parte a rezultatelor de la St. Helene, ce conţineau date cu privire la musoni. În aceste lucrări, el a identificat încălzirea solară ca cauză a mişcărilor atmosferice. A stabilit, de asemenea, relaţia dintre presiunea barometrică şi înălţimile deasupra nivelului mării.
Halley s-a căsători în 1682 cu Mary Tooke, după care s-au stabilit în Islington. Cuplul a avut trei copii. A petrecut cea mai mare parte din timpul său asupra observaţiilor, dar a fost interesat şi de problemele gravitaţiei.
O problemă, care a atras atenţia sa a fost legea lui Kepler de mişcare a plantenelor. În august 1684 a fost la Cambridge, pentru a discuta acest lucru cu Isaac Newton.
În noiembrie 1703 a fost numit profesor de geometrie la Universitatea din Oxford. În 1710 a primit titlul de doctor în ştiinţe. În 1705 a publicat Synopsis Astronomia Cometicae, care arată că cometele depistate în 1456, 1531, 1607 şi 1682 se referă la aceeaşi cometă, pe care a prezis că ar reveni în 1758. Hally nu a mai trăit până atunci, dar când s-a întâmplat acest lucru, cometa era cunoscută în general sub numele de cometa Halley.
Halley a fost îngropat în cimitirul de la vechea biserică Sf. Margareta, Lee (acum ruinată), lângă astronomii regali John Pond şi Nathaniel Blis.