En 1803 obtuvo un puesto como 2.º teniente en la Real Artillería (Royal Artillery), llegando a convertirse en capitán diez años después.

En mayo de 1813 mientras se dirigía a Canadá, el barco inglés Manchester fue atacado por un corsario americano.

En la subsiguiente batalla, Sabine, que era el astrónomo del Manchester, manejó al parecer un arma de fuego «con buenos resultados» (to good effect).

Sabine fue elegido miembro de la Royal Society en 1818, y gracias a las recomendaciones de la sociedad fue invitado a participar ese año en la primera expedición al Ártico organizada por el Almirantazgo y liderada por el capitán John Ross.

Nombrado como astrónomo de la expedición, Sabine tenía por misión ayudar a Ross «realizando cuantas observaciones tiendan a la mejora de la geografía y la navegación y el avance de la ciencia en general» (in making such observations as may tend to the improvement of geography and navigation, and the advancement of science in general.).

En agosto llegaron a Lancaster Sound y siguieron al norte, delimitando la bahía Melville, en la parte más septentrional, hasta ese momento desconocida por el Almirantazgo.

Llegaron hasta el Smith Sound (la boca del estrecho de Nares), pero no siguieron más allá, al confundir Ross un espejismo o una cadena de icebergs con unas montañas en el extremo del estrecho que lo bloqueaban, llegando incluso a bautizarlas como «Crocker Hills».

Oponiéndose a la retirada precipitada de Ross, Sabine recordó más tarde su «muy visible mortificación por haber llegado a un lugar que consideraba como los más interesantes del mundo para las observaciones magnéticas, y donde mis expectativas se planteaban al más alto grado, sin haber tenido ni una oportunidad de hacerlas.»[2]​ Para empeorar las cosas, cuando llegaron a casa estalló una batalla pública entre ambos.

Sabine era un científico diligente y cuidadoso que generalmente evitaba la discusión teórica en sus escritos, en la creencia de que la verdadera comprensión del magnetismo terrestre solo llegaría después de realizar exhaustivas observaciones a una escala global.

Debieron orientarse mediante navegación celeste, y, en los días en que el cielo no estaba despejado, solamente auxiliados por la dirección de los cambiantes vientos.

Siguieron navegando bordeando las costas meridionales de isla Cornwallis e isla Melville, hasta alcanzar el meridiano 110.º W, en que la tripulación ganó la prima de 5.000 libras que otorgaba el Almirantazgo a quien la sobrepasara, tras haber recorrido en un solo mes la increíble distancia de 800 km por tierras desconocidas (ese nuevo récord de navegación «más al oeste» (furthest west), que se mantuvo durante varias décadas).

Durante esta expedición, Sabine notó que se habían producido cambios en la intensidad magnética desde su anterior visita.

Por su labor en el Ártico Sabine recibió la medalla Copley de la Royal Society en 1821.

Las observaciones se realizaron en la isla llamada «Little Pendulum Island», en la latitud 74°30'N, y entre las nieves de Spitsbergen.

En 1825 él y su colega, el astrónomo Sir John Herschel colaboraron con una comisión del gobierno francés para determinar la diferencia exacta de la longitud entre los observatorios de París y Greenwich.

Permaneció en su tierra natal durante los siguientes siete años, pero no permitió que sus nuevas funciones militares interrumpiesen sus tareas científicas.

También reclutó a muchos discípulos para la causa, en particular a James Clark Ross, un sobrino de Sir John, al explorador alemán Alexander von Humboldt y al astrónomo George Airy.

Para trabajar en los detalles se creó un comité, del que Sabine era un miembro destacado.

Se establecieron observatorios en Toronto, Santa Elena, Ciudad del Cabo y Tasmania y en varias estaciones que serían determinadas por la Compañía Británica de las Indias Orientales, mientras que invitaron a otros países a participar.

Se utilizaron materiales no magnéticos para evitar el problema de la «atracción local».

En aquellos días, no había manera de tomar lecturas continuas y todo tenía que hacerse a mano.

El personal tomó miles de minuciosas observaciones, a veces tan frecuentemente como ¡cada cinco minutos!

Sabine fue el primero en reconocer que las perturbaciones solares afectaban al entorno magnético de la Tierra.

Tanto las universidades de Oxford como Cambridge le otorgaron un doctorado honoris causa.

Se retiró del ejército con sueldo completo en 1877, momento en que había alcanzado el rango de general.

Una mujer con nombre propio, que había ayudado a su marido en sus actividades científicas desde hacía más de medio siglo.

Varios accidentes en el Ártico llevan su nombre, en particular en la isla Melville, donde la expedición de Parry realizó su primera invernada en 1819-20.

Sus obras más destacadas son: Como editor: También reunió los números de la revista publicada en el barco HMS Hecla: The North Georgia Gazette, and Winter Chronicle.