Fue el hermano menor del matemático Francis Guthrie.

Fundó la Sociedad Física de Londres (que más tarde se unió con el Institute of Physics) junto con William Fletcher Barrett en 1874, y fue presidente de la sociedad desde 1884 hasta 1886.

[2]​ En 1856, se unió a Edward Frankland, profesor de química en el Owens College, en Mánchester.

Guthrie fue la primera persona en reportar los efectos del gas mostaza.

En 1860, describió la combinación del etileno con el dicloruro de azufre y algunos efectos fisiológicos que dicha mezcla tuvo en él.