Lulusan pendidikan kedokteran (1909) dari Universitas Cambridge, Dale memulai kerja risetnya pada 1904 di Laboratorium Riset Fisiologi Wellcome. Pada 1914 ia menjadi anggota staf dari yang kemudian menjadi Dewan Riset Medis, dan dari 1928 sampai 1942 ialah pemimpin organisasi penggantinya Institut Nasional untuk Riset Medis.
Dale merupakan orang pertama yang mengenali histamin gabungan dalam jaringan binatang (1911), dan ia mempelajari efek fisiologi histamin, termasuk yang bertanggung jawab untuk beberapa reaksi alergi dan anaphylactic. Setelah secara sukses mengisolasi asetilkolin pada 1914, ia menentukan bahwa itu terjadi dalam jaringan binatang, dan pada 1930an ia menunjukkan bahwa itu dilepaskan pada ujung saraf dalam sistem saraf parasimpatik. Risetnya membuktikan peran asetilkolin sebagai pemancar kimia impuls saraf.