En 1872, Murray se unió a Wyville Thomson como su asistente en esa exploración científica de cuatro años, explorando principalmente la profundidad de los océanos del globo.

En 1909, Murray peticionó al gobierno noruego para que se le prestase el navío Michael Sars para un crucero de investigación de cuatro meses, con el comando científico de Johan Hjort, pagando Murray todos los gastos.

Murray y Hjort, en el libro de 1912 The Depths of the Ocean (Las Profundidaes del Océano), lo convirtieron rápidamente en un clásico para los naturalistas marinos y oceanógrafos.

También destacó la presencia de depósitos derivados del desierto del Sahara en sedimentos oceánicos; y publicando un vasto número de artículos sobre sus descubrimientos.

La abreviatura J.Murray se emplea para indicar a John Murray como autoridad en la descripción y taxonomía en zoología.