Cuando tenía tres años su familia se trasladó al norte, cerca de Beloit (Wisconsin).

Después de graduarse en la Universidad de Beloit en 1866, Chamberlin trabajó durante dos años como profesor y más tarde como director en un instituto cercano a Beloit.

Posteriormente (1869–1873) fue nombrado profesor de ciencias naturales en la Escuela Normal Estatal en Whitewater (Wisconsin).

Su terminología para las etapas glaciales en América del Norte sigue en uso con modificaciones menores.

Chamberlin se mantuvo activo profesionalmente hasta su muerte en Chicago en 1928.